TERMOINTERCAMBI¾DOR ACELE A O DESCRIPCIÓN DE LA NV NCIÓN Se conocen termointercambiadores o dispositivos de transferencia de calor, particularmente aquellos usados en electrodomésticos de refrigeración. La Patente Norteamericana No. 5,157,941 describe un evaporador el cual tiene una estructura de aleta de conformación trapezoide que resulta en una estructura de serpentín del tubo conformado de un trapezoide, la cual provoca que el flujo de aire a través del evaporador acelere a medida que el área de la sección transversal de la trayectoria de flujo de aire disminuye desde la entrada de aire hasta la salida de aire. Un tubo de conformación trapezoidal y evaporador de aletas también se describen en la Patente Norteamericana No. 5,826,442. Otros tipos de termointercambiadores incluyen evaporadores de refrigerante tipo placa tales como aquellos descritos en las Patentes Norteamericanas Nos. 5,172,759, 5,099,913 y 5,137,082 en las cuales se proporciona una pared en el interior de la placa refrigerante para permitir al refrigerante fluir a través de la placa para expandirse o comprimirse entre una entrada y una salida. Puede ser una mejora en la técnica si se proporcionara un dispositivo de transferencia al calor de fluidos que permita la aceleración de uno de los fluidos a
través del dispositivo de transferencia de calor, que pudiera no requerir de una disposición especialmente conformada de los tubos del dispositivo de transferencia de calor y el cual pueda incorporarse en los termointercambiadores actualmente existentes. La presente invención proporciona un dispositivo de transferencia de calor o termointercambiador el cual, en algunas modalidades, puede utilizarse en un electrodoméstico de refrigeración, tal como parte de un evaporador o parte de un condensador, y el cual puede incorporarse en los termointercambiadores existentes . En una modalidad de la invención, el dispositivo de transferencia de calor incluye un tubo que tiene una primera entrada de fluido y una primera salida de fluido, el tubo dispuesto para formar una pluralidad de segmentos alargados generalmente paralelos del tubo. Un recinto encierra el tubo para definir por lo menos una parte de una trayectoria de flujo para un segundo fluido sobre una superficie exterior del tubo desde una segunda entrada de fluido hasta una segunda salida de fluido. Una pared interior del recinto define una primera sección de la trayectoria de flujo para el segundo fluido en el recinto cuya primera sección conduce desde la segunda entrada de fluido y se extiende a través de por lo menos una primera porción de una longitud de sustancialmente la totalidad de los segmentos alargados del
tubo. La pared además define una segunda sección de la trayectoria del flujo para el segundo fluido en el recinto cuya segunda sección se extiende a través de por lo menos una segunda porción de la longitud de sustancialmente la totalidad de los segmentos alargados del tubo y conduce a la segunda salida de fluido. La pared interior se conforma y dispone en el recinto de modo que un área de la sección transversal de la trayectoria de flujo para el segundo fluido en el recinto cambia a lo largo de su longitud desde la segunda entrada de fluido hasta la segunda salida de fluido. En una modalidad, el tubo tiene un área de sección transversal sustancialmente constante a lo largo de una longitud del tubo desde la primera entrada de fluido hasta la primera salida de fluido. En una modalidad, los segmentos alargados del tubo se conectan entre si en serie en una trayectoria en forma de serpentín . En una modalidad, un interior del recinto es sustancialmente rectangular con un área de sección transversal generalmente constante a lo largo de su altura y a lo largo de su longitud. En una modalidad, los segmentos alargados del tubo son generalmente rectos . En una modalidad, la primera sección de la trayectoria de flujo para el segundo fluido se extiende en
una primera dirección sustancialmente perpendicular a la longitud de los segmentos alargados y la segunda sección de la trayectoria de flujo para el segundo fluido se extiende en una segunda dirección opuesta también sustancialmente perpendicular a la longitud de los segmentos alargados. En una modalidad, la pared es sustancialmente plana y se dispone en un ángulo agudo a la longitud de los segmentos alargados del tubo. En una modalidad, la pared tiene una conformación en zig-zag con una serie alternante de secciones paralelas y perpendiculares a la longitud de los segmentos rectos del tubo . En una modalidad, el dispositivo de transferencia de calor además incluye una pluralidad de aletas dispuestas en acoplamiento con la superficie exterior del tubo, las aletas dispuestas para guiar el segundo fluido que fluye sobre la superficie exterior del tubo para efectuar una transferencia de calor de uno de los fluidos al otro mediante conducción térmica a través de las aletas y el tubo. En una modalidad, cada aleta se sitúa en un plano generalmente perpendicular a la longitud de los segmentos alargados del tubo. En una modalidad, la primera sección de la trayectoria de flujo para el segundo fluido tiene un extremo corriente abajo en un extremo de la pared con un área de
sección transversal sustancialmente idéntica a un área de sección transversal de la segunda sección de la trayectoria de flujo para el segundo fluido en un extremo corriente arriba en el mismo extremo de la pared. En una modalidad, el área de sección transversal de la trayectoria de flujo para el segundo fluido en el recinto disponible a lo largo de su longitud desde la segunda entrada de fluido hasta la segunda salida de fluido. En una modalidad de la invención, el dispositivo de transferencia de calor incluye un tubo dispuesto en una trayectoria en forma de serpentín de segmentos rectos alargados unidos por retornos conformados en u al formar una pluralidad de segmentos rectos paralelos del tubo para transportar un primer fluido desde una primera entrada de fluido hasta una primera salida de fluido. Una pluralidad de aletas se dispone en acoplamiento con una superficie exterior del tubo, cada aleta situándose en un plano generalmente perpendicular a una longitud de los segmentos rectos del tubo. Las aletas se disponen para guiar un segundo fluido que fluye sobre la superficie exterior del tubo para efectuar una transferencia de calor de uno de los fluidos al otro mediante conducción térmica a través de las aletas y el tubo. Un recinto encierra el tubo y aletas para definir por lo menos una parte de una trayectoria de flujo para el segundo fluido en una región del tubo y aletas desde una segunda entrada de
fluido hasta una segunda salida de fluido. Una pared interior del recinto define una primera sección de la trayectoria de flujo para el segundo fluido en el recinto. Esta primera sección conduce desde la segunda entrada de fluido y se extiende en una primera dirección sustancialmente perpendicular a una longitud de los segmentos alargados del tubo. La pared además define una segunda sección de la trayectoria de flujo para el segundo fluido en el recinto. Esta segunda sección se extiende en una dirección opuesta desde la primera sección sustancialmente perpendicular hasta la longitud de los elementos alargados del tubo y conduce a la segunda salida de fluido. La pared interior se conforma y dispone en el recinto de modo que un área de sección transversal de la trayectoria de flujo para el segundo fluido en el recinto cambia a lo largo de su longitud desde la segunda entrada de fluido hasta la segunda salida de fluido. En una modalidad, la primera sección de la trayectoria de flujo para el segundo fluido tiene un extremo corriente abajo en un extremo de la pared con un área de sección transversal sustancialmente idéntica a un área de sección transversal de la segunda sección de la trayectoria de flujo para el segundo fluido en un extremo corriente arriba en el mismo extremo de la pared. En una modalidad, el área de sección transversal de la trayectoria de flujo para el segundo fluido en el recinto
disminuye a lo largo de su longitud desde la segunda entrada de fluido hasta la segunda salida de fluido. En una modalidad, la primera sección de la trayectoria de flujo para el segundo fluido se extiende a través de por lo menos una porción de la longitud de sustancialmente la totalidad de los segmentos alargados del tubo y la segunda sección de la trayectoria de flujo para el segundo fluido se extiende a través de por lo menos una porción de la longitud de sustancialmente la totalidad de los segmentos alargados del tubo. En una modalidad de la invención, se proporciona un método para transferir calor de un fluido a otro el cual incluye las etapas de hacer fluir un primer fluido a través de un tubo desde una primera entrada de fluido hasta una primera salida de fluido, el tubo dispuesto para formar una pluralidad de segmentos alargados generalmente paralelos del tubo, hacer fluir un segundo fluido dentro de un recinto a lo largo de una primera sección de una trayectoria de flujo desde una segunda entrada de fluido a través de una superficie exterior de por lo menos una primera porción de una longitud de sustancialmente la totalidad de los segmentos alargados del tubo, y a lo largo de una segunda sección de la trayectoria de flujo a través de la superficie exterior de por lo menos una segunda porción de la longitud de sustancialmente la totalidad de los segmentos alargados del
tubo y hasta la segunda salida de fluido, y cambiar de manera sucesiva un área de sección transversal dentro del recinto de la trayectoria de flujo del segundo fluido provocando que una velocidad del segundo fluido cambie a medida que fluye a lo largo de la trayectoria de flujo. En una modalidad, el segundo fluido de la segunda entrada de fluido se guia en una primera dirección sustancialmente perpendicular a la longitud de los segmentos alargados del tubo, y entonces se provoca que invierta la dirección y se guie en una segunda dirección opuesta también sustancialmente perpendicular a la longitud de los segmentos alargados de los tubos hasta la segunda salida de fluido. En una modalidad, el área de sección transversal de la trayectoria de flujo del segundo fluido en el recinto disminuye sucesivamente desde la segunda entrada de fluido hasta la segunda salida de fluido. La inclusión y disposición de la pared interior, y la reconexión de la segunda entrada o salida de fluido, puede permitir a la presente invención utilizarse en un termointercambiador del estilo de tubos y aletas existentes sin modificación de los tubos o aletas. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La FIGURA 1 es una vista en corte lateral de un electrodoméstico de refrigeración que incorpora un dispositivo de transferencia de calor que representa los
principios de la presente invención. La FIGURA 2 es una vista en corte esquemática de una primera modalidad del dispositivo de transferencia de calor en aislamiento. La FIGURA 3 es una vista en corte esquemática de una segunda modalidad del dispositivo de transferencia de calor en aislamiento. La presente invención proporciona un dispositivo de transferencia de calor o termointercambiador 20. Como un ejemplo de un ambiente en el cual el dispositivo 20 de transferencia de calor puede utilizarse, la FIGURA 1 ilustra un electrodoméstico 22 de refrigeración en el cual el dispositivo de transferencia de calor que representa la presente invención puede utilizarse ya sea en el evaporador 24 o el condensador 26 o ambos. Se entenderá que el refrigerador 22 con congelador superior de la FIGURA 1 es sólo un tipo de electrodoméstico de refrigeración en que la presente invención puede utilizarse. Asi como también con otros tipos de refrigeradores, tales como refrigeradores con congelador inferior y de dos puertas verticales, la invención también puede utilizarse en congeladores, tales como modelos verticales y modelos horizontales de puerta superior, y también en otros electrodomésticos que utilizan un circuito de refrigeración, tal como acondicionadores y deshumidificadores de aire.
El refrigerador 22 de la FIGURA 1 incluye un compartimiento 28 superior y un compartimiento 30 inferior para almacenar alimentos u otros artículos que deben enfriarse o congelarse. El compartimiento 28 superior puede utilizarse principalmente para congelar productos alimenticios y el compartimiento 30 inferior puede utilizarse para enfriar o refrigerar productos alimenticios. Los circuitos de refrigerante y aire de enfriamiento se ubican también dentro del alojamiento del refrigerador 22. El circuito de refrigerante incluye un compresor 32, el condensador 26, el evaporador 24 y un sistema refrigerante sellado que incluye tubos 34 para conectar estos elementos. Los tubos 34 contienen el fluido refrigerante. La porción del alojamiento del refrigerador que contiene el condensador 26 también puede incluir un ventilador 36 de condensador. Excepto como se establece en la presente, estos elementos se encuentran normalmente en los refrigeradores y se entienden bien por aquellos experimentados en la técnica. De manera similar, los circuitos de aire de enfriamiento se encuentran normalmente en los refrigeradores. En general, los circuitos de aire de enfriamiento anteriores han impulsado el flujo de aire desde el evaporador 24 a través de los conductos de ventilación 38 hasta el compartimiento 28 para productos congelados. Una porción
relativamente pequeña del aire de enfriamiento típicamente entonces logra desviarse a través de un conducto 40 de aire para entrar al compartimiento 30 del refrigerador. La porción del congelador del aire de enfriamiento regresa hacia el evaporador 24 a través de los conductos de ventilación 42. El aire de enfriamiento en el compartimiento 30 del refrigerador regresa hacia el evaporador 24 a través de los conductos de ventilación 44. Un ventilador 46, por ejemplo, se emplea para servir como un impulsor para provocar el movimiento del aire de enfriamiento dentro de este circuito. Los pasadizos 48 dentro del evaporador 24 y los conductos de ventilación del circuito de aire de enfriamiento pueden ubicarse y dimensionarse de acuerdo con la configuración específica deseada para el refrigerador 22. Para evitar complicación innecesaria, los dibujos de esta solicitud ilustran los pasadizos para el flujo de aire de enfriamiento sólo en las cercanías del evaporador. Una modalidad del dispositivo 20 de transferencia de calor que incorpora la presente invención se muestra en aislamiento en la FIGURA 2. El dispositivo 20 de transferencia de calor incluye un tubo 50 que tiene una primera entrada 52 de fluido y una primera salida 54 de fluido. El tubo 50, en algunas modalidades, puede tener un área de sección transversal sustancialmente constante a lo
largo de una longitud del tubo desde la primera entrada 52 de fluido hasta la primera salida 54 de fluido. En otras modalidades, el área de sección transversal puede variar a lo largo de la longitud del tubo desde la primera entrada 52 de fluido hasta la primera salida 54 de fluido. Este tubo 50, cuando se encuentra en un circuito de refrigeración puede comunicarse con los tubos 34 de refrigeración. El tubo 50 se dispone para formar una pluralidad del segmento 56 alargado generalmente paralelos del tubo. En la modalidad ilustrada, los segmentos 56 alargados del tubo 50 se conectan entre si en serie por los retornos 57 conformados en u en una trayectoria en forma de serpentín. En otras modalidades, los segmentos 56 alargados pueden conectarse en paralelo con colectores en cada extremo de los segmentos a los cuales los segmentos se conectan en común. También, en la modalidad mostrada, los segmentos 56 alargados del tubo 50 son generalmente rectos, aunque en otras modalidades pueden doblarse o curvarse. Un recinto 58 encierra el tubo 50 para definir por lo menos una parte de una trayectoria 60 de flujo para un segundo fluido sobre una superficie 62 exterior del tubo desde una segunda entrada 64 de fluido hasta una segunda salida 66 de fluido. El recinto 58 puede formarse de un alojamiento separado, o puede formarse a partir de las paredes de diversos componentes distintos. En una modalidad,
un interior 67 del recinto 58 es sustancialmente rectangular con un área de sección transversal generalmente constante a lo largo de su altura y a lo largo de su longitud. Típicamente el tubo 50 se extiende hacia el exterior del recinto 58 de modo que la primera entrada 52 de fluido y la primera salida 54 de fluido se colocan fuera del recinto. Una pared 68 interior del recinto 58 define una primera sección 70 de la trayectoria 60 de flujo para el segundo fluido en el recinto. Esta primera sección 70 conduce desde la segunda entrada 64 de fluido y se extiende a través de por lo menos una primera porción 72 de una longitud de sustancialmente la totalidad de los segmentos 56 alargados del tubo 50. La pared 68 además define una segunda sección 74 de la trayectoria 60 de flujo para el segundo fluido en el recinto 58. Esta segunda sección 74 se extiende a través de por lo menos una segunda porción 76 de la longitud de sustancialmente la totalidad de los segmentos 56 alargados del tubo 50 y conduce hasta la segunda salida 66 de fluido. La pared 68 interior se conforma y dispone en el recinto 58 de modo que un área de sección transversal de la trayectoria 60 de flujo para el segundo fluido en el recinto 58 cambia a lo largo de su longitud desde la segunda entrada 64 de fluido hasta la segunda salida 66 de fluido. Como se muestra en la disposición de la FIGURA 2, la pared 68 es sustancialmente plana y se dispone en un ángulo a la longitud de los
segmentos 56 alargados del tubo 50. Como se ilustra, el área de sección transversal de la trayectoria 60 de flujo para un segundo fluido en el recinto 58 disminuye a lo largo de su longitud desde la segunda entrada 64 de fluido hasta la segunda salida 66 de fluido. En otras modalidades, el área de sección transversal puede incrementarse a lo largo de su longitud desde la segunda entrada 64 de fluido hasta la segunda salida 66 de fluido. En el ejemplo de la FIGURA 2, la primera sección 70 de la trayectoria 60 de fluido para el segundo fluido se extiende en una primera dirección 78 sustancialmente perpendicular a la longitud de los segmentos 56 alargados y la segunda sección 74 de la trayectoria de flujo para el segundo fluido se extiende en una segunda dirección 80 opuesta también sustancialmente perpendicular a la longitud de los segmentos alargados. La primera sección 70 de la trayectoria 60 de flujo para el segundo fluido tiene un extremo 82 corriente abajo en un extremo 84 de la pared 68 con un área de sección transversal sustancialmente idéntica a un área de sección transversal de un extremo 85 corriente arriba de la segunda sección 74 de la trayectoria de flujo para el segundo fluido en el mismo extremo 84 de la pared. En un recinto 58 en el cual las paredes que se sitúan en el plano del dibujo de la FIGURA 2 son paralelas, esto significa que una distancia 86 desde la pared 68 hasta una pared 88
lateral en el extremo 82 corriente abajo de la primera sección 70 de la trayectoria 60 de flujo es la misma que una distancia 90 desde la pared hasta una pared 92 lateral en el extremo 85 corriente arriba de la segunda sección 74 de la trayectoria de flujo. Una posición y conformación de una pared 94 extrema del recinto 58 puede seleccionarse para que mantenga el área de sección transversal a medida que el segundo fluido invierte la dirección entre la primera sección 70 y la segunda sección 74 de la trayectoria 60 de flujo. Como se muestra en la modalidad del dispositivo 20 de transferencia de calor en la FIGURA 3, la pared 68A tiene una conformación en zig-zag con una serie alternante de secciones 96, 98 paralelas y perpendiculares a la longitud de los segmentos 56 rectos del tubo 50. Como se muestra también en la modalidad de la
FIGURA 3, el dispositivo 20 de transferencia de calor además incluye una pluralidad de aletas 100 dispuestas en acoplamiento con la superficie 62 exterior del tubo 50. Las aletas 100 se disponen para guiar el segundo fluido que fluye sobre la superficie 62 exterior del tubo 50 para efectuar una transferencia de calor de uno de los fluidos al otro mediante conducción térmica a través de las aletas y tubo. Una diversidad de conformaciones y configuraciones de tales aletas 100 se conocen en la técnica, y cualesquiera conformaciones y configuraciones pueden utilizarse con la
presente invención. En una modalidad, cada aleta 100 se sitúa en un plano generalmente perpendicular a la longitud de los segmentos 56 alargados del tubo 50. Por generalmente perpendicular, se quiere decir que el ángulo que la aleta presenta hacia el segundo flujo de fluido debe ser perpendicular o más cercano a perpendicular que el ángulo presentado por la pared 68A interior con relación a la longitud de los elementos 56 del tubo. Las aletas 100 también deben utilizarse con la modalidad mostrada en la FIGURA 2. De esta manera, de acuerdo con las modalidades mostradas en las FIGURAS 2 y 3, el dispositivo 20 de transferencia de calor incluye el tubo 50 dispuesto en una trayectoria en forma de serpentín de los segmentos 56 rectos alargados unidos por los retornos 57 conformados en u para formar la pluralidad de segmentos rectos paralelos del tubo para transportar el primer fluido desde la primera entrada 52 de fluido hasta la primera salida 54 de fluido. La pluralidad de aletas 100 se dispone en acoplamiento con la superficie 62 exterior del tubo 50, cada aleta situándose en un plano generalmente perpendicular a la longitud de los segmentos 56 rectos del tubo. Las aletas 100 se disponen para guiar al segundo fluido que fluye sobre la superficie 62 exterior del tubo 50 para efectuar la transferencia de calor de uno de los fluidos al otro mediante conducción térmica a través de las aletas y tubo. El recinto 58 encierra el tubo 50 y las aletas
100 para definir por lo menos una parte de la trayectoria 60 de flujo para el segundo fluido en una región del tubo y aletas desde la segunda entrada 64 de fluido hasta la segunda salida 66 de fluido. La pared 68 interior del recinto 58 define la primera sección 70 de la trayectoria 60 de fluido para el segundo fluido en el recinto. Esta primera sección 70 conduce desde la segunda entrada 64 de fluido y se extiende en la primera dirección 78 sustancialmente perpendicular a la longitud de los segmentos 56 alargados del tubo 50. La pared 68 además define la segunda sección 74 de la trayectoria 60 de flujo para el segundo fluido en el recinto 58. Esta segunda sección 74 se extiende en la dirección 80 opuesta de la primera sección sustancialmente perpendicular a la longitud de los segmentos 56 alargados del tubo 50 y conduce hasta la segunda salida 66 de fluido. La pared 68 interior se conforma y dispone en el recinto 58 de modo que un área de sección transversal de la trayectoria 60 de flujo para el segundo fluido en el recinto cambia a lo largo de su longitud desde la segunda entrada 64 de fluido hasta la segunda salida 66 de fluido. En una modalidad, la primera sección 70 de la trayectoria 60 de fluido para el segundo fluido se extienda a través de por lo menos una porción 72 de la longitud de sustancialmente la totalidad de los segmentos 56 alargados del tubo 50 y la segunda sección 74 de la trayectoria de
flujo para el segundo fluido se extiende a través de por lo menos la porción 76 de la longitud de sustancialmente la totalidad de los segmentos alargados del tubo. En una modalidad de la invención, se proporciona un método para transferir calor de un fluido a otro el cual incluye las etapas de hacer fluir el primer fluido a través del tubo 50 desde la primera entrada 52 de fluido hasta la primera salida 54 de fluido, el tubo 50 dispuesto para formar la pluralidad de segmentos 56 alargados generalmente paralelos del tubo, hacer fluir el segundo fluido dentro del recinto 58 a lo largo de la primera sección 70 de la trayectoria 60 de flujo desde la segunda entrada 64 de fluido a través de la superficie 62 exterior de por lo menos la primera porción 72 de la longitud de sustancialmente la totalidad de los segmentos 56 alargados del tubo 50, y a lo largo de la segunda sección 74 de la trayectoria 60 de flujo a través de la superficie 62 exterior de por lo menos la segunda porción 76 de la longitud de sustancialmente la totalidad de los segmentos 56 alargados del tubo 50 y hasta la segunda salida 66 de fluido, y cambiar de manera sucesiva un área de sección transversal dentro del recinto 58 de la trayectoria 60 de flujo del segundo fluido provocando que una velocidad del segundo fluido cambie a medida que fluye a lo largo de la trayectoria de flujo. El segundo fluido de la segunda entrada 64 de
fluido además puede guiarse en la primera dirección 78 sustancialmente perpendicular a la longitud de los segmentos 56 alargados del tubo 50, y entonces se provoca que invierta su dirección y pueda guiarse en la segunda dirección 80 opuesta también sustancialmente perpendicular a la longitud de los segmentos 56 alargados del tubo 50 hacia la segunda salida 66 de fluido. Diversas características del dispositivo 20 de transferencia de calor se han descrito las cuales pueden incorporarse individualmente o en diversas combinaciones en un sistema deseado. Como es aparente a partir de la especificación anterior, la invención es susceptible de representarse con diversas alteraciones y modificaciones las cuales pueden diferir en particular de aquellas que se han descrito en la especificación y descripción precedente. Debe entenderse que se desea representar, dentro del alcance de la patente justificada en esto, todas las modificaciones como provenientes de manera razonable y apropiada dentro del alcance de la contribución a la técnica.
dispositivo de transferencia de calor electrodoméstico de refrigeración evaporador condensador compartimiento superior compartimiento inferior compresor tubos ventilador de condensador conductos de ventilación conducto de aire conductos de ventilación conductos de ventilación ventilador pasadizos tubo primera entrada de fluido primera salida de fluido segmentos alargados retornos conformados en u recinto trayectoria de flujo superficie exterior segunda entrada de fluido segunda salida de fluido
67 interior 68 pared 68A pared 70 primera sección de trayectoria de flujo 72 primera porción de longitud 74 segunda sección de trayectoria de fluj o 76 segunda porción de longitud 78 primera dirección 80 segunda dirección 82 extremo corriente abajo 84 extremo 85 extremo corriente arriba 86 distancia 88 pared lateral 90 distancia 92 pared lateral 94 pared extrema 96 sección paralela 98 sección perpendicular 20 100 aletas