MX2008008429A - Arreglo de intercambiador de calor de múltiples fluidos - Google Patents

Abstract

Se proporciona un ensamble de cambiador térmico de fluido múltiple que integra múltiples y distintos sistemas de cambiador térmico a un sistema integrado, individual o alojamiento utilizando un cabezal común. Cualquier combinación de técnica, como se describe, puede ser utilizada para optimizar el funcionamiento delcambiador de acuerdo con los fluidos particulares que se están enfriando. El ensamble de cambiador térmico puede ser optimizado utilizando un par de cabezales opuestos que tienen un primer grupo de aberturas y un núcleo de tubo dispuesto de acuerdo con una primera configuración y un segundo grupo de aberturas y un tubo de núcleo dispuesto de acuerdo con una segunda configuración, y en donde las primera y segunda configuraciones son diferentes entre sí. El ensamble de cambiador térmico también puede ser optimizado a través de diferentes técnicas de unión de núcleo/aleta de tubo para cada uno de los distintos sistemas de cambiador térmico. Otra técnica para optimizar el ensamble de cambiador térmico es a través del uso de diferentes profundidades de núcleo para cada uno de los distintos sistemas de cambiador térmico.

Description

ARREG LO DE I NTERCAMBIADOR DE CALOR DE MÚ LTIPLES FLU I DOS Cam po de la Invención La presente invención se relaciona en general , con intercambiadores de calor y equipo de transferencia de calor y en particular, con un arreglo de intercambiador de calor q ue incluye múltiples componentes de transferencia de fluidos fabricados por separado, alojados en una unidad común con una porción de cabezal común e integrada .

Antecedentes de la Invención En el campo de construcción de veh ículos, se utilizan múltiples intercambiadores de calor para enfriar m últiples corrientes y flujos de fluido. Cada uno de estos intercambiadores de calor está adaptado con respecto a las técnicas de ensamble de los com ponentes del intercam biador y el arreglo de tuberías dentro del núcleo del tubo con el fin de optim izar el funcionam iento del intercambiador de conformidad con los parámetros necesarios para un tipo particular de sistema de enfriamiento. De conformidad con la técnica previa, las unidades de intercam biador de calor separadas y diferentes se utilizan para alcanzar los req uerimientos de enfriamiento. Además, estas unidades diferentes y separadas se conectan a través de un acoplamiento físico entre sí o con el armazón del veh ículo. Por ejemplo, en una aplicación de camión de tránsito, un radiador un enfriador de aceite y un enfriador de aire de carga se puede acoplar en un arreglo lado a lado y apilado. Tal arreglo permite que la corriente de aire, que es arrastrada por un ventilador, entre en contacto con cada intercambiador de calor por separado. Estos sistemas de múltiples unidades (intercambiadores de calor) permiten que las unidades sean acopladas en una variedad de formas. Por ejemplo, las unidades se pueden apilar y acoplarse con un proceso de soldadura, un arreglo de pernos, un proceso de soldadura o algún otro método de acoplamiento bien conocido. También, cada unidad incluye un tanque diferente y un cabezal diferente. La Patente de Estados Unidos No. 7,096,932 de Scoville et.al., muestra un intercambiador de calor de múltiples fluidos que tiene trayectorias de flujo de fluido separadas para dos corrientes de fluido separadas a ser enfriadas o calentadas por una tercera corriente de fluido. Scoville et.al., enseña un intercambiador de calor que comprende un par de cabezales, una pluralidad de tubos acanalados para formar dos grupos de tubos extendidos entre los cabezales, un par de deflectores en cada cabezal entre los grupos de tubos, para así mantener la presión atmosférica entre los grupos de tubos y evitar la acumulación de presión de gas durante la soldadura. Scoville et.al., enseña que el intercambiador de calor se ensambla y después se coloca dentro de un horno de soldadura, por lo cual el compuesto de soldadura en varias interfases fluyen para unir y sellar las interfases de varios componentes. La Patente de Estados Unidos No. 6,394,176 de Marsais también enseña un intercambiador de calor de múltiples fluidos para enfriar corrientes de fluido por separado que comprende una par de tuberías, una pluralidad de tubos extendida entre las tuberías que forman dos bancos separados de tubos y divisiones aislantes entre los bancos de tubos para aislar los dos fluidos entre sí. Las tensiones de Marsais que necesitan la estandarización del tamaño del tubo y orificios de tuberías para facilidad de fabricación. Otras patentes y publicaciones que enseñan intercambiadores de calor de múltiples fluidos incluyen las Patentes de Estados Unidos Nos. 1,948,929; 2,037,845; 2,264,820; 2,505,790; 4,137,982; 4,651,816; 4,688,311; 4,923,001; 4,947,931; 5,009,262; 5,036,910; 5,129,144; 5,186,244; 5,186,246; 5,366,005; 5,720,341; 5,881,456; 6,035,927; 6,173,766 y 6,321,832 y la Publicación de Solicitud de Patente 2002/0040776.

Breve Descripción de la Invención Por lo tanto, un objetivo de la presente invención es proporcionar un arreglo de intercambiador de fluido que supere las desventajas y deficiencias de la técnica previa. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un arreglo intercambiador de calor de múltiples fluidos que integra múltiples sistemas intercambiadores de calor en un solo sistema integrado o alojamiento que utiliza un cabezal común. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un arreglo de intercambiador de calor de múltiples fluidos que integra múltiples sistemas de intercambiador de calor que tiene diferentes arreglos/tamaños/técnicas de acoplamiento del núcleo de banco del tubo, según sea necesario para optimizar el funcionamiento del intercambiador de conformidad con los fluidos particulares a ser enfriados. De conformidad con esto, la presente invención está dirigida a un arreglo intercambiador de calor q ue integra múltiples sistemas diferentes en un solo sistema que tiene un solo cabezal común. De conformidad con una primera modalidad, la invención comprende un par de cabezales opuestos, cada uno de los cabezales incluye un primer grupo de aberturas y un segundo grupo de aberturas diseñadas de conformidad con una primera configuración predeterminada y una segunda configuración predeterm inada. Un primer núcleo del tubo que comprende un primer juego de tubos está arreglado de conformidad con la primera configuración predeterminada del primer grupo de aberturas. El primer grupo de tubos tiene extremos opuestos alineados y asegurados dentro del primer grupo de aberturas en el par de cabezales opuestos. Un segundo núcleo del tubo que comprende un segundo juego de tubos está arreg lado de conform idad con la segunda configuración predeterminada del seg undo grupo de aberturas. El segundo juego de tubos tiene extremos opuestos alineados y asegurados dentro del seg u ndo grupo de abertu ras en el par de cabezales opuestos. Un divisor de núcleo se coloca entre el primer núcleo del tubo y el segundo núcleo del tubo. El intercam biador de calor se optim iza de conformidad con los fluidos particulares a ser enfriados que tienen un diferente arreglo para la primera configuración predeterminada del primer grupo de aberturas y el primer núcleo del tubo de la segunda configuración predeterminada del segundo g rupo de aberturas y el segundo núcleo del tubo.

De conformidad con una segunda modalidad, la invención comprende un intercambiador de calor de múltiples fluidos unido por una porción común de cabezal , en donde el intercambiador de calor comprende un par de cabezales opuestos, cada uno de los cabezales incluye un primer grupo de aberturas y un segundo grupo de aberturas diseñados de conformidad con una primera configuración predeterminada y con una segunda configuración predeterminada. El primer núcleo del tubo comprende un primer juego de tubos arreglado de conformidad con la primera configuración predeterminada del primer grupo de aberturas. El primer juego de tubos tiene sus extremos opuestos alineados y aseg urados dentro del primer grupo de aberturas en el par de cabezales opuestos. Un primer arreglo de núcleo de aleta es provisto, en donde el núcleo de aleta comprende una primera serie de aletas extendidas entre y en relación de transferencia de calor con el primer juego de tubos. Un segundo núcleo del tubo com prende un seg undo juego de tubos arreglado de conformidad con la seg unda config uración predeterminada del seg undo grupo de aberturas. El segundo j uego de tubos tiene sus extremos opuestos alineados y asegurados dentro del segundo grupo de aberturas en el par de cabezales opuestos. Un segundo arreglo de núcleo de aleta es provisto, en donde el núcleo de aleta comprende una segunda serie de aletas extendida entre y en relación de transferencia de calor con el segundo j uego de tubos. U n divisor de núcleo se coloca entre el primer núcleo de tubo y el segundo núcleo de tubo. El intercam biador de calor se optimiza de conformidad con los fluidos particulares a ser enfriados con el uso de una técnica de aseguramiento diferente para asegurar el primer grupo de tubos con la primera serie de aletas del primer arreglo de núcleo de aleta que la utilizada para asegurar el segundo juego de tubos con la seg unda serie de aletas del segundo arreglo del núcleo. De conformidad con una tercera modalidad , la invención comprende un intercambiador de calor de múltiples fluidos unido por una porción de cabezal común, en donde el intercambiador de calor comprende un par de cabezales opuestos, cada uno de los cabezales incluye un primer grupo de aberturas diseñado de conformidad con la primera configuración predeterm inada y un segundo g rupo de aberturas diseñadas de conformidad con una segunda configuración predeterminada. Un primer núcleo del tubo tiene un primer juego de tubos que tiene un número predeterminado de tubos de conformidad con una primera profundidad de núcleo predeterminada. El primer juego de tubos está arreglado de conformidad con la primera configuración predeterminada del primer g rupo de aberturas, de modo que los extremos opuestos de los tubos están alineados y asegurados dentro del primer grupo de aberturas en el par de cabezales opuestos. Un seg undo núcleo del tubo comprende un segundo juego de aberturas que tienen un número predeterminado de tubos de conformidad con una segunda profundidad de núcleo predeterminada . El segundo juego de tubos está arreglado de conformidad con una segunda configuración predeterminada del segundo grupo de aberturas, de modo que los extremos opuestos de los tubos están alineados y asegurados dentro del segundo grupo de aberturas, en el par de cabezales opuestos. Un divisor del núcleo se coloca entre el primer núcleo del tubo y el segundo núcleo del tubo. El intercambiador de calor se optimiza de conformidad con los fluidos particulares a ser enfriados con el uso de una primera profundidad predeterminada del primer núcleo del tubo, que es diferente de la segunda profundidad predeterminada del segundo juego de núcleo del tubo. Estas tres modalidades diferentes, sin embargo, son diferentes combinaciones de cada una de las modalidades que se pueden utilizar para la optimización de un intercambiador de calor de múltiples fluidos. Por ejemplo, un intercambiador de calor de múltiples fluidos se puede diseñar, en donde se pueden utilizar profundidades variables del núcleo, técnicas de aseguramiento y arreglos de tubo en una sola unidad de intercambiador de calor de múltiples fluidos para optimizar el intercambiador de calor de conformidad con los fluidos particulares a ser enfriados. También, se debe notar que se pueden unir más de dos unidades de núcleo (es decir, tres, cuatro, etc.) en un arreglo lado a lado por un cabezal común, dependiendo del uso particular de la unidad de intercambiador de calor. Estas y otras características y ventajas de la presente invención, así como los métodos de operación y funciones de los elementos relacionados de las estructuras y la combinación de partes y la economía de fabricación, serán evidentes luego de considerar la siguiente descripción con referencia a los dibujos acompañantes, en donde todos ellos forman parte de la especificación, en donde los números de referencia iguales señalan partes correspondientes en las diferentes Figuras. Sin embargo, se debe comprender que los dibujos tienen el propósito de ilustrar y describir y no tienen la intención de definir los límites de la invención. Como se utiliza en la especificación , la forma singular de "un", "una" , "el" , "la" incluyen referentes plurales a menos que se especifique lo contrario.

Breve Descripción de los Dibu jos Las Fig uras 1 (a)-1 (b) muestran vistas isométricas de dos diferentes tipos de unidades de intercambiador de calor de múltiples fluidos, de conformidad con los principios de la presente invención . Las Figuras 2(a)-2(b) son vistas frontal, superior/inferior, y lateral del arreglo de unidad de núcleo/cabezal de conform idad con una modalidad, que se puede utilizar en las unidades de intercambiador de calor de múltiples fluidos de las Figuras 1 (a)-1 (b). Las Figuras 3(a)-3(b) son vistas frontal, superior/inferior y lateral , respectivamente, del arreglo de unidad de núcleo/cabezal de conform idad con otra modalidad que se puede utilizar en las unidades de intercambiador de calor de múltiples fluidos de las Figuras 1 (a)-1 (b). La Figura 3(d) es una vista am plificada de la porción de interfase entre el primer y seg undo miembros de núcleo en un arreglo de núcleo de conformidad con los principios de la presente invención . Las Figuras 4(a)-4(b) son vistas superior y lateral, respectivamente, de una config uración de cabezal/orificio de conform idad con u na modalidad de la unidad de intercambiador de calor de múltiples fluidos de conformidad con los principios de la invención . Las Figuras 5(a)-5(b) son vistas superior y lateral , respectivamente, de una configuración de cabezal/orificio de conformidad con una modalidad de la unidad de intercambiador de calor de múltiples fluidos de conformidad con los principios de la invención . La Figura 6 es una vista frontal del arreglo de aleta/tubo de la unidad de intercambiador de calor de múltiples fluidos de conformidad con los principios de la presente invención; y Las Figuras 7(a)-7(b) son vistas frontal y lateral , respectivamente, del miembro divisor de núcleo de conformidad con una modalidad de la unidad de intercambiador de calor de múltiples fluidos de conformidad con los principios de la invención .

Descripción Detal lada de la I nvención Para propósitos de descripción, los términos de espacio o de dirección se relacionan con la i nvención como están orientados en las Figuras. Sin embargo, se debe entender que la invención puede adoptar varias configuraciones alternativas, excepto cuando se especifique lo contrario. Se debe entender que los componentes específicos ilustrados en los dibujos anexos y descritos en la siguiente especificación , son solamente modalidades ejemplificativas de la invención . Por lo tanto, las dimensiones específicas y otras características físicas relacionadas con las modalidades aquí descritas no se deben considerar como limitantes. La presente invención está dirigida a un arreglo de intercambiador de calor de m ú ltiples fluidos que integra múltiples unidades o circuitos de intercam biador de calor, tal como unidades que enfrían o remueven el calor de una fuente de fluido. Además, la presente invención integ ra estos circuitos distintos y separados, unidades o núcleos en un solo alojamiento, en donde estas unidades están en comunicación fluida con un solo cabezal común. Se puede utilizar cualquier tipo de cabezal en conexión con el arreglo novedoso. Por ejemplo, el cabezal puede ser soldado o unido mecánicamente con los tubos de los circuitos. Se contempla cualquier metodología de unido para fijar los tubos de cada unidad con el cabezal común. En una modalidad, los circuitos del intercambiador de calor incluyen porciones de "tubo y aleta", que pueden estar separados y ser diferentes entre sí. Cuando las porciones de "tubo y aleta" separadas van a ser utilizadas el arreglo de la presente invención también puede utilizar un divisor de núcleo para proporcionar un soporte estructural adicional al arreglo en esta junta. Se contempla que esta invención se pueda utilizar en conexión con una variedad de diferentes tipos, estilos y modelos de unidades, circuitos o núcleos de intercambiador de calor. Además, cada circuito individual, unidad o núcleo puede utilizar tanques separados para diferentes fluidos. Sin embargo, en esta invención, estas unidades separadas están en comunicación fluida con una sola porción de cabezal común y se colocan dentro de un alojamiento común. También, se contempla que se puede utilizar una sola porción de cabezal común en conexión con un bloque de núcleo multi-funcional. Con referencia a los dibujos, las Figuras 1(a)-1(b) ilustran dos modalidades preferidas, no limitantes de una unidad de intercambiador de calor de múltiples fluidos, ind icadas por lo general con el n úmero 1 0, de conformidad con la presente invención , en donde el intercambiador de calor se muestra en una forma ensamblada , incluyendo los tanques 1 2, lados 14 y gualdera 16 de ventilador, y otros componentes ensamblados con el núcleo, indicado generalmente con el número 1 8 y el cabezal (no mostrado) . Ahora se hace referencia a las Figuras 2(a)-2(c) y a las Figuras 3(a)-3(c) que ilustran las vistas frontal, superior/inferior y lateral, respectivamente, de la unidad de núcleo/arreglo de cabezal , ind icado por lo general con el número 1 8, de conformidad con dos diferentes modalidades de la invención , que se pueden utilizar en la unidad de intercam biador de calor de múltiples fluidos. Ahora se hace referencia a las Figuras 4(a)-4(b) , y a las Figuras 5(a)-5(b) q ue ilustran vistas superior y lateral , respectivamente, de un cabezal indicado generalmente con el número 20, de conformidad con dos diferentes modal idades de la invención , que se pueden utilizar en la unidad de intercambiador de calor de múltiples fluidos. La unidad de intercambiador de calor de múltiples fluidos unida por una porción común de cabezal de la invención , de conformidad con la primera modalidad , comprende un par de cabezales 22 , 24 opuestos, cada uno de los cabezales 22, 24 incluye un primer grupo de aberturas 26 y un segundo grupo de aberturas 28 diseñados de conformidad con una primera configuración 27 predeterminada y con una segunda config uración 29 predeterminada. La invención también comprende un primer núcleo 30 del tubo que comprende un primer juego de tubos 32 arreglado de conformidad con la primera configuración 27 predeterminada del primer grupo de aberturas 26. El primer juego de tubos 32 tiene sus extremos 38 opuestos alineados y asegurados dentro del primer grupo de aberturas 26 en el par de cabezales 22, 24 opuestos. Un segundo núcleo 34 del tubo comprende un segundo juego de tubos 36 arreglado de conformidad con la segunda configuración 29 predeterminada del segundo grupo de aberturas 28. El segundo juego de tubos 36 tiene sus extremos 39 opuestos alineados y asegurados dentro del segundo grupo de aberturas 28 en el par de cabezales 22, 24 opuestos. Un divisor 40 de núcleo se coloca entre el primer núcleo 30 de tubo y el segundo núcleo 34 de tubo. De conformidad con una primera modalidad, el intercambiador 10 de calor se optimiza de conformidad con los tipos de fluidos a ser enfriados al adaptar la configuración del tubo según sea necesario. Por ejemplo, en la primera configuración 27 predeterminada del primer grupo de aberturas 26 y el primer núcleo 30 de tubo tiene diferente arreglo, tal como una configuración apilada, como se muestra en la Figura 2(b), desde la segunda configuración 29 predeterminada del segundo grupo de aberturas 28 del segundo núcleo 34 de tubo, tal como un arreglo de toque de extremo a extremo, como se muestra en las Figuras 2(b), 3(b) y 4(a). También, como se muestra en la Figura 4(a), la separación entre el primer grupo de aberturas 26 en el cabezal 20 y el primer juego de tubos 32 y el segundo grupo de aberturas 28 en el cabezal 20 y el segundo juego de tubos 36 puede variar según sea necesario para optimizar el funcionamiento del intercambiador de calor. El arreglo apilado mostrado en la Figura 2(b) es la materia de la Patente de Estados Unidos No. 7,003, 879, de Smith et. al . La descripción de este diseño se hace con referencia a un primer juego de tubos 32/aberturas 26 del cabezal , mostrados en la Figura 2(b) , sin embargo, cualquiera o todas las unidades o tubos del núcleo del intercambiador de calor pueden tener su diseño apilado. Este diseño permite un incremento en el flujo de aire alrededor de los tubos 32 e incrementa un lienzo en el cabezal 20 alrededor de los tubos. En este diseño, la pluralidad de tubos 32 tienen una configuración de extremo que está arreglada en un arreglo api lado predeterminado. El cabezal 20 es provisto con un número predeterminado de aberturas 26 dispuestas en el arreglo apilado predeterminado correspondiente al arreglo de la pluralidad de tubos 32. El cabezal 20 se forma al identificar la dirección del flujo de aire, determinar por lo menos uno de una contracción de hilera y una contracción del tubo del número predeterminado de aberturas y alinear por lo menos uno de la contracción de hilera y la contracción de tubo con respecto al flujo de aire. La pluralidad de tubos 32 está arreg lada de modo que la contracción de hilera y la contracción de tubo están separadas equidistantes. Un sistema de aseguramiento es provisto para aseg urar un extremo de cada uno de la pluralidad de tubos 32 dentro de una abertura 26 correspondiente en el cabezal 20. Este sistema de aseguramiento puede ser cualquier proceso, por ejemplo, mecánico, CU PROBRAZE ™ (que utiliza un sistema de CuSnN i P) , soldadura y sus similares, como se describe con detalle abajo.

Una segunda modal idad de la Fig ura 7 , para construir uno, dos o cualquier número de núcleos de tubo/unidades se describe en la Patente de Estados Unidos No. 7, 036, 570 de Korth et.al. En esta técnica, una posición de "extremo a extremo" o de "toque de tubos" de los tubos de utiliza para la separación de hilera. Este arreglo se ilustra en las Figuras 2(b), 3(b) y 4(a). En la descripción siguiente, se hace referencia al segundo grupo de aberturas 28 del cabezal y al segundo juego de tubos 36, sin embargo, cualquier número de unidades de tubo se pueden formar por esta técnica, tal como la mostrada en las Figuras 3(b) y 4(a), en donde ambos juegos de tubos están construidos con esta técnica, pero en donde la separación cambia entre los núcleos de tubo. En esta técnica, la estructura del núcleo del intercambiador de calor comprende una pluralidad de tubos 36 que tienen una configuración de extremo predeterminada, un cabezal 20 que tiene un número de aberturas 28 que corresponden a la pluralidad de tubos, de modo que las aberturas 28 están dispuestas en un arreglo extremo a extremo y en donde las configuraciones de extremo predeterminadas se tocan, y un sistema de aseguramiento para asegurar un extremo de la pluralidad de tubos 36 en una correspondiente de cada una de las aberturas 28 en el cabezal 20. Este sistema de aseguramiento puede ser cualquier proceso, por ejemplo, mecánico, CUPROBRAZE™ (que utiliza un sistema CuSnNiP), soldadura y sus similares, como se describe abajo con detalle. Como se muestra en la Figura 6, el primer núcleo 30 del tubo incluye un primer arreglo de núcleo de aleta que comprende una primera serie de aletas 42 extendidas entre y en relación de transferencia de calor con el primer juego de tubos 32. El segundo núcleo 34 del tubo incluye un segundo arreglo de núcleo de aleta que comprende una segunda serie de aletas 44 extendidas entre y en relación de transferencia de calor con el segundo juego de tubos 36. De conformidad con una segunda modalidad de la invención, un intervalo de calor de múltiples fluidos se puede optimizar en donde un primer juego de tubos 32 se asegura con la primera serie de aletas 42 del primer arreglo de núcleo de aleta de conformidad con una primera técnica y un segundo juego de tubos 36 se asegura con la segunda serie de aletas 44 del segundo arreglo de núcleo, de conformidad con una segunda técnica que es diferente de la primera técnica. Estas técnicas se describen con detalle a continuación. Se debe notar que la unidad/el núcleo de tubo se puede acoplar con cualquier combinación de estas técnicas con el fin de optimizar el funcionamiento del intercambiador de calor de conformidad con el fluido particular a ser enfriado en la unidad individual. Una primera técnica preferida para acoplar estos tubos con las aletas del intercambiador de calor es por el acoplamiento mecánico, en donde los tubos individuales se expanden o se encajan dentro de las aletas que tienen una geometría similar para proporcionar la conexión tubo a aleta. Los extremos de los tubos también pueden acoplarse en forma mecánica con el cabezal en la misma forma. Esta técnica de expansión para construir el intercambiador de calor se describe con detalle en la Patente de Estados Unidos No. 3,857,151 de Young et.al. Una segunda técnica preferida para acoplar los tubos con las aletas del intercambiador de calor y para acoplar los extremos de los tubos con el cabezal es una técnica conocida como CUPROBRAZE™. CUPROBRAZE™ es un proceso de fabricación que se utiliza para soldar cobre y latón a temperaturas que por lo general, son más bajas que las operaciones de soldadura normal, pero no exceden las temperaturas de suavizado de los componentes a ser unidos. Este proceso involucra depositar una pasta de soldadura sobre los tubos o aletas, que entonces se ensamblan y calientan a una temperatura de soldadura apropiada. La pasta utilizada como el compuesto de soldadura es conocida como OKC 600, como se describe en la Patente de Estados Unidos No. 5,378,294, de Rissanen y en las Patentes de Estados Unidos Nos. 5,429,794 y 6,264,764 de Kamf et.al. Este compuesto contiene aglutinantes y una aleación de soldadura de metal con base en el sistema CuSnNiP, por ejemplo, aproximadamente 75% cobre, aproximadamente 15% de estaño, aproximadamente 5% de níquel, y aproximadamente 5% de fósforo. Otros compuestos y métodos están en desarrollo para usarse con la técnica CUPROBRAZE™. Estos compuestos son la materia de las Patentes de Estados Unidos Nos. 2005/0283967 y 2006/0249559 de Panthofer. Se debe observar que el intercambiador 10 de calor de múltiples fluidos de la presente invención no está limitado a las técnicas de acoplamiento de tubo a aleta o de tubo a cabezal antes descritas. Se pueden utilizar otros tipos de técnicas para el acoplamiento de los tubos con las aletas y los cabezales, tales como soldadura, adhesivo y sus similares. Durante la construcción del intercambiador 10 de calor de múltiples fluidos de la invención, se determinó que cuando se utiliza el proceso CUPROBRAZE™, es necesario añadir un pequeño porcentaje de hierro dentro del tubo de aleación de cobre para hacerlo "resistente al templado".

En la aplicación del proceso CUPROBRAZE™ como se necesita en la invención, es necesario templar el tubo para darle la forma apropiada y enrollarlo mecánicamente en la junta. Se encontró que un material de tamaño de grano tenía que ser añadido en el tubo para que no "se endureciera" durante la transformación y fallara prematuramente debido a la fatiga cíclica en la aplicación final del usuario o durante las pruebas. El intercambiador 10 de calor de múltiples fluidos de la invención puede incluir un núcleo de aleta construido de conformidad con cualquier estructura conocida incluyendo un serpentín, una onda cuadrada, una aleta corrugada o un arreglo de tubo ovalado. Cualquier combinación de estas estructuras de núcleo de aleta se puede utilizar en la invención. Una tercera modalidad para el intercambiador 10 de calor de múltiples fluidos unido por una porción 20 de cabezal común de la invención se muestra en particular en las Figuras 2(b)-2(c) y 4(a). Esta modalidad comprende un intercambiador en donde el primer núcleo 30 de tubo tiene un primer juego de tubos 32 que tienen un número predeterminado de tubos de conformidad con una primera profundidad 52 del núcleo. El primer juego de tubos 32 está arreglado de acuerdo con una primera configuración 27 predeterminada del primer grupo de aberturas 26 en los cabezales 22, 24 y la primera profundidad 52 del núcleo predeterminada. El primer juego de tubos 32 tiene extremos opuestos que están alineados y asegurados dentro del primer grupo de aberturas 26 en el par de cabezales 22, 24 opuestos. El segundo núcleo 34 de tubo comprende un segundo juego de tubos 36 que tienen un número predeterminado de tubos de conformidad con una segunda profundidad 54 de núcleo predeterminada. Este segundo juego de tubos 36 se arregla de conformidad con la segunda configuración 29 predeterminada del segundo grupo de aberturas 28 y la segunda profundidad 54 de núcleo predeterminada . El segundo juego de tubos 36 tiene extremos opuestos que están alineados y asegurados dentro del segundo grupo de aberturas 28 en el par de cabezales 22, 24 opuestos. Esta modalidad permite la optim ización del intercambiador 1 0 de calor por la provisión de la primera profundidad 52 predeterminada del primer núcleo 30 de tubo q ue es diferente de la segunda profund idad 54 predeterm inada del segundo núcleo 34 del tubo. Las Figuras 7(a)-7(b) m uestran un ejemplo del divisor 40 del núcleo q ue se puede utilizar en la invención . Este divisor 40 de núcleo comprende un par de canales 56, 58 con forma de C, opuestos que pueden estar colocados entre y adyacente al primer núcleo 30 de tubo y al seg undo núcleo 34 de tubo. Como se muestra en la Figura 7(b) , el miembro 56 con forma de C es menor que el miembro 58 con forma de C , lo que ilustra el divisor 40 de núcleo que se puede utilizar con el intercam biador de calor que tiene núcleos de tubo de profundidad variable. Una alternativa para los canales con forma de C opuestos ilustrados en las Fig uras 7(a)-7(b) es el uso de una pieza rectangular de metal que se desliza a través del espacio entre los núcleos en lugar de envolver los núcleos como los canales con forma de C. El divisor 40 de núcleo también incluye un miembro 48 de refuerzo colocado adyacente al mismo. U n ejemplo del miembro de refuerzo, ilustrado por lo general con el 48, para el intercambiador 1 0 de calor se muestra en la Figura 3(d). En este ejemplo, una pluralidad de tubos inertes 50 se muestra colocada adyacente al divisor 40 de núcleo. De manera alternativa, una pieza sólida de material para propósitos de refuerzo se puede insertar adyacente al divisor 40 de núcleo. El tipo de miembro de refuerzo se puede determinar con base en un número de factores, incluyendo pero sin limitar, las especificaciones de funcionamiento del producto, la resistencia requerida del producto, los requerimientos de costo, las especificaciones de peso, etc. Se prefiere que el intercambiador 10 de calor de múltiples fluidos esté diseñado de tal forma que el primer núcleo 30 del tubo y el segundo núcleo 34 del tubo estén arreglados en un arreglo lado a lado. También, se prefiere que el cabezal 22, colocado adyacente al tanque 12 incluya una junta tórica 46, como se muestra en las Figuras 2(b), 3(b) y 4(a), que rodea al primer grupo de aberturas 26 y el segundo grupo de aberturas 28. Esta junta tórica proporciona un sello entre el cabezal 22 y los tanques 12 para mantener la separación de los fluidos que fluyen a través del primer núcleo 30 del tubo y el segundo núcleo 34 del tubo. Aunque se muestra una junta tórica, se puede utilizar cualquier tipo de empaque de sellado, el cual mantenga la separación de los fluidos. La invención contempla cualquier combinación de las tres modalidades antes descritas para optimizar el desempeño de un intercambiador de calor de múltiples fluidos de conformidad con los requerimientos de funcionamiento particulares del intercambiador. El intercambiador de calor de múltiples fluidos se puede diseñar con un primer núcleo que tiene una o más de una configuración de tubo variable, una técnica de acoplamiento de tubo a aleta y/o tubo con cabezal, una profundidad diferente que el segundo núcleo de tubo. Además, la invención no está limitada a una configuración lado a lado de dos unidades. La presente invención abarca cualquier número de unidades (es decir, tres, cuatro o similar) unidas juntas por un cabezal común. La presente invención proporciona muchos beneficios. Primero el uso de una sola porción de cabezal común, lo que reduce el tamaño general, el peso y el costo, así como el arreglo incluye un cabezal común, opuesto a dos, tres o incluso porciones adicionales de cabezal. En segundo lugar, el arreglo novedoso alcanza una reducción en el tiempo de instalación, ya que se forma solamente un cabezal común, lo que requiere una sola instalación y ajuste para ese único cabezal. El ensamble del arreglo es más rápido con un solo cabezal común. El tamaño de este único cabezal común se puede reducir tanto que el apilado también se reduzca, ya que no se requiere una superficie de coincidencia entre los componentes. El tercer lugar, el peso general del arreglo se reduce ya que las superficies coincidentes estructurales entre los componentes o unidades se eliminan y se reemplazan por un divisor de núcleo más ligero. Aunque la invención ha sido descrita con detalle con el propósito de ilustrar con base en lo que se considera actualmente las modalidades más prácticas y preferidas, se debe entender que tal detalle solamente tiene el propósito de describir y que la invención no está limitada a las modalidades descritas, por el contrario, tiene la intención de abarcar modificaciones y arreglos equivalentes que caigan dentro del espíritu y del alcance de la invención . Por ejemplo, se debe comprender q ue la presente invención contempla que hasta el punto posible, una o más características de cualquier modalidad se pueden combinar con una o más características de otra modalidad .

Claims (34)

REIVINDICACIONES

1. Un intercambiador de calor de múltiples fluidos unido por una porción de cabezal común, el intercambiador de calor está caracterizado porque comprende: (a) un par de cabezales opuestos, cada uno de los cabezales incluye un primer grupo de aberturas y un segundo grupo de aberturas diseñadas de conformidad con una primera configuración predeterminada y una segunda configuración predeterminada; (b) un primer núcleo del tubo que comprende un primer juego de tubos arreglado de conformidad con la primera configuración predeterminada del primer grupo de aberturas, el primer grupo de tubos tiene extremos opuestos alineados y asegurados dentro del primer grupo de aberturas en el par de cabezales opuestos; (c) un segundo núcleo del tubo que comprende un segundo juego de tubos arreglado de conformidad con la segunda configuración predeterminada del segundo grupo de aberturas, el segundo juego de tubos tiene extremos opuestos alineados y asegurados dentro del segundo grupo de aberturas en el par de cabezales opuestos; (d) un divisor de núcleo colocado entre el primer núcleo del tubo y el segundo núcleo del tubo; en donde la primera configuración predeterminada del primer grupo de aberturas y el primer núcleo del tubo tiene un arreglo diferente a la segunda configuración predeterminada del segundo grupo de aberturas y el segundo n úcleo del tubo.

2. El ¡ntercam biador de calor de múltiples fluidos de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque los extremos opuestos de por lo menos el primer y el segundo juegos de tubos se expanden mecánicamente dentro de por lo menos uno del primer y segundo grupo de aberturas dentro del cabezal para proporcionar una conexión de tubo a cabezal .

3. El intercambiador de calor de múltiples fluidos de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porq ue los extremos opuestos de por lo menos uno del primer y segundo j uegos de tubos están u nidos con por lo menos uno del primer y segundo orificios dentro del cabezal con el uso de un proceso de soldadura que comprende una aleación de soldadura de metal con base en u n sistema CuSn NiP.

4. El intercambiador de calor de múltiples fluidos de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque por lo menos uno del primer y segundo juegos de tubos está compuesto de una aleación de latón que contiene un pequeño porcentaje de hierro para provocar que los tubos se vuelvan resistentes al templado.

5. El intercambiador de calor de múltiples fluidos de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque los extremos opuestos de por lo menos uno del primer y segundo juegos de tubos se unen con por lo menos uno del primer y segundo juegos de orificios dentro del cabezal con el uso de u n proceso de soldadura.

6. El intercambiador de calor de múltiples fluidos de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la primera configuración predeterm inada del primer grupo de aberturas y el primer juego de tubos comprende un arreglo alternado.

7. El intercambiador de calor de múltiples fluidos de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la seg unda configuración predeterminada del segundo grupo de aberturas y del seg undo juego de tubos com prende un arreglo de toque extremo a extremo.

8. El intercambiador de calor de múltiples fluidos de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el primer núcleo del tubo y el segundo tubo del núcleo son provistos en un arreglo lado a lado.

9. El intercambiador de calor de múltiples fluidos de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque uno del par de cabezales opuestos incluye una junta tonca en el mismo, la cual rodea el primer j uego de aberturas y el segundo juego de aberturas, la j unta tórica proporciona un sello entre el cabezal y el tanq ue para mantener la separación de fluidos que fluyen a través del primer núcleo del tubo y del segundo tubo del núcleo.

1 0. El intercambiador de calor de múltiples fluidos de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el divisor del núcleo incluye un miembro de refuerzo colocado adyacente al mismo.

1 1 . El intercambiador de calor de múltiples fluidos de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el primer núcleo del tubo incluye una primera serie de aletas aseg urada con el primer j uego de tubos por una primera técnica , en donde el segundo núcleo del tubo incluye una segunda serie de aletas aseguradas con el segundo juego de tubos por una segunda técnica, y en donde la primera y la segunda técnicas de aseguramiento son diferentes entre sí.

1 2. El intercambiador de calor de múltiples fluidos de conformidad con la reivindicación 1 1 , caracterizado porque la primera y la segunda técnicas de aseguramiento comprenden una de la unión mecánica, un proceso de soldadura, un proceso de soldadura con CuSn N iP y un proceso de soldadura.

1 3. El intercambiador de calor de múltiples fluidos de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el primer juego de tubos está arreglado de acuerdo con una primera profundidad de núcleo predeterm inada, en donde el segundo juego de tubos está arreglado de acuerdo con una segunda profundidad de núcleo predeterminada y en donde la primera y la segunda profundidades de núcleo predetermi nadas son diferentes entre sí.

14. El intercambiador de calor de m últiples fluidos de conformidad con la reivindicación 1 1 , caracterizado porque el primer juego de tubos está arreglado de acuerdo con una primera profundidad de núcleo predeterminada, en donde el segundo juego de tubos está arreglada de conformidad con una segunda profundidad de núcleo predeterminada y en donde la primera y la segunda profundidades de núcleo predeterminadas son diferentes entre sí.

1 5. Un intercambiador de calor de múltiples fluidos unido por una porción de cabezal común , el intercambiador de calor está caracterizado porque com prende: (a) un par de cabezales opuestos, cada uno de los cabezales incluye un primer grupo de aberturas y un segundo grupo de aberturas diseñadas de conformidad con una primera configuración predeterminada y una segunda configuración predeterminada; (b) un primer núcleo del tubo que comprende un primer juego de tubos arreglado de conformidad con la primera configuración predeterminada del primer grupo de aberturas, el primer grupo de tubos tiene extremos opuestos alineados y asegurados dentro del primer grupo de aberturas en el par de cabezales opuestos; (c) un primer arreglo de núcleo de aleta que comprende una primera serie de aletas extendidas entre y en relación de transferencia de calor con el primer juego de tubos; (d) un segundo núcleo del tubo que comprende un segundo juego de tubos arreglado de conformidad con la segunda configuración predeterminada del segundo grupo de aberturas, el segundo juego de tubos tiene extremos opuestos alineados y asegurados dentro del segundo grupo de aberturas en el par de cabezales opuestos; (e) un segundo arreglo de núcleo de aleta que comprende una segunda serie de aletas extendidas entre y en relación de transferencia de calor con el segundo juego de tubos; (f) un divisor de núcleo colocado entre el primer núcleo del tubo y el segundo núcleo del tubo; en donde el primer juego de tubos se asegura con la primera serie de aletas del primer arreglo de núcleo de aleta de conformidad con una primera técnica y el segundo juego de tubos se asegura con la segunda serie de aletas del segundo arreglo de núcleo de conformidad con una segunda técnica que es diferente a la primera técnica.

16. El intercambiador de calor de múltiples fluidos de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque los extremos opuestos de por lo menos uno del primer y del segundo juegos de tubos se expanden mecánicamente dentro de por lo menos uno del primer y segundo grupo de aberturas dentro del cabezal para proporcionar una conexión de tubo a cabezal.

17. El intercambiador de calor de múltiples fluidos de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque los extremos opuestos de por lo menos uno del primer y segundo juegos de tubos están unidos con por lo menos uno del primer y segundo orificios dentro del cabezal con el uso de un proceso de soldadura que comprende una aleación de soldadura de metal con base en un sistema CuSnNiP.

18. El intercambiador de calor de múltiples fluidos de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque por lo menos uno del primer y segundo juegos de tubos está compuesto de una aleación de latón que contiene un pequeño porcentaje de hierro para provocar que los tubos se vuelvan resistentes al templado.

19. El intercambiador de calor de múltiples fluidos de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque los extremos opuestos de por lo menos uno del primer y segundo juegos de tubos se unen con por lo menos uno del primer y segundo juegos de orificios dentro del cabezal con el uso de un proceso de soldadura.

20. El ¡ntercambiador de calor de múltiples fluidos de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque la primera técnica para asegurar el primer juego de tubos con la primera serie de aletas del primer núcleo de aleta y la segunda técnica para asegurar el segundo juego de tubos con la segunda serie de aletas del segundo núcleo de aleta comprende expandir mecánicamente los tubos dentro de las aletas que tienen una geometría similar para proporcionar una conexión tubo a aleta.

21 El intercambiador de calor de múltiples fluidos de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque una de la primera técnica para asegurar el primer juego de tubos de la primera serie de aletas del primer núcleo de aletas y la segunda técnica para asegurar el segundo juego de tubos con la segunda series de aletas del segundo núcleo de aletas comprende un proceso de soldadura que comprende una aleación de soldadura de metal con base en un sistema CuSnNiP.

22. El intercambiador de calor de múltiples fluidos de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque una de la primera técnica para asegurar el primer juego de tubos de la primera serie de aletas del primer núcleo de aletas y la segunda técnica para asegurar el segundo juego de tubos con la segunda series de aletas del segundo núcleo de aletas comprende un proceso de soldadura.

23. El intercambiador de calor de múltiples fluidos de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el primer núcleo de aleta y el segundo núcleo de aleta se construyen de conformidad con uno de un serpentín, una onda cuadrada, una aleta corrugada o un arreglo de tubo ovalado.

24. El ¡ntercambiador de calor de múltiples fluidos de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el primer núcleo del tubo y el segundo núcleo del tubo son provistos en un arreglo lado a lado.

25. El ¡ntercambiador de calor de múltiples fluidos de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque uno del par de cabezales opuestos incluye una junta tórica en el mismo que rodea el primer grupo de aberturas y el segundo grupo de aberturas, la junta tórica proporciona un sello entre el cabezal y el tanque para mantener la separación de los fluidos que fluyen a través del primer núcleo del tubo y del segundo núcleo del tubo.

26. El intercambiador de calor de múltiples fluidos de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el divisor de núcleo incluye un miembro de refuerzo colocado adyacente al mismo.

27. Un intercambiador de calor de múltiples fluidos unido por una porción de cabezal común, el intercambiador de calor está caracterizado porque comprende: (a) un par de cabezales opuestos, cada uno de los cabezales incluye un primer grupo de aberturas diseñadas de conformidad con una primera configuración predeterminada y un segundo grupo de aberturas diseñadas de conformidad con una segunda configuración predeterminada; (b) un primer núcleo del tubo que comprende un primer juego de tubos que tiene un número predeterminado de tubos de conformidad con una primera profundidad del núcleo predeterminada, el primer juego de tubos está arreglado de conformidad con una primera configuración predeterminada del primer grupo de aberturas y la primera profundidad de núcleo predeterminada, el primer juego de tubos tiene extremos opuestos alineados y asegurados dentro del primer grupo de aberturas en el par de cabezales opuestos; (c) un segundo núcleo del tubo que comprende un segundo juego de tubos que tiene un número predeterminado de tubos de conformidad con una primera profundidad del núcleo predeterminada, el segundo juego de tubos está arreglado de conformidad con una segunda configuración predeterminada del segundo grupo de aberturas y la segunda profundidad de núcleo predeterminada, el segundo juego de tubos tiene extremos opuestos alineados y asegurados dentro del segundo grupo de aberturas en el par de cabezales opuestos (d) un divisor de núcleo colocado entre el primer núcleo del tubo y el segundo núcleo del tubo; en donde la primera profundidad predeterminada del primer núcleo del tubo es diferente de la segunda profundidad predeterminada del segundo juego de núcleo de tubo.

28. El intercambiador de calor de múltiples fluidos de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque los extremos opuestos de por lo menos uno del primer y del segundo juegos de tubos se expanden mecánicamente dentro de por lo menos uno del primer y segundo grupo de aberturas dentro del cabezal para proporcionar una conexión de tubo a cabezal.

29. El intercambiador de calor de múltiples fluidos de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque los extremos opuestos de por lo menos uno del primer y segundo juegos de tubos están unidos con por lo menos uno del primer y segundo orificios dentro del cabezal con el uso de un proceso de soldadura que comprende una aleación de soldadura de metal con base en un sistema CuSnNiP.

30. El intercam biador de calor de múltiples fluidos de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque por lo menos uno del primer y segundo juegos de tubos está compuesto de una aleación de latón que contiene un pequeño porcentaje de hierro para provocar q ue los tubos se vuelvan resistentes al templado.

31 . El intercambiador de calor de múltiples fluidos de conform idad con la reivindicación 27, caracterizado porque los extremos opuestos de por lo menos uno del primer y segundo j uegos de tubos se unen con por lo menos uno del primer y segundo juegos de orificios dentro del cabezal con el uso de un proceso de soldadura.

32. El intercambiador de calor de múltiples fluidos de conformidad con la reivindicación 27 , caracterizado porque el primer núcleo del tubo y el segundo núcleo del tubo están provistos en un arreglo lado a lado.

33. El intercambiador de calor de múltiples fluidos de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque uno del par de cabezales opuestos incluye una junta tórica en el mismo que rodea el primer g rupo de aberturas y el segundo g rupo de aberturas, la junta tórica proporciona un sello entre el cabezal y el tanque para mantener la separación de los fluidos q ue fluyen a través del primer núcleo del tubo y del segundo núcleo del tubo.

34. El intercambiador de calor de múltiples fluidos de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque el divisor de núcleo incluye un m iembro de refuerzo colocado adyacente al mismo. RESU M EN Se proporciona una unidad de intercambiador de calor de múltiples fluidos que integra múltiples sistemas de intercambiador de calor distintos en un solo sistema integrado o alojamiento que utiliza un cabezal común . Cualquier combinación de técnicas como se describe, se puede utilizar para optimizar el funcionamiento del intercambiador de calor de conformidad con los fluidos particulares a ser enfriados. La unidad de intercam biador de calor se puede optimizar con el uso de un par de cabezales opuestos que tienen un primer grupo de aberturas y un núcleo del tubo arreg lado de conformidad con una primera configuración y un segundo grupo de aberturas y un núcleo del tubo arreglado de conformidad con una segunda configuración y en donde la primera y segunda configuraciones son diferentes entre sí . La unidad de intercambiador de calor también se puede optimizar con el uso de diferentes técnicas de unión de núcleo/aleta para cada uno de los diferentes sistemas de intercam biador de calor. Otra técnica para optimizar la unidad de intercam biador de calor es a través del uso de profundidades diferentes del núcleo para cada uno de los diferentes sistemas de intercambiador de calor.