MX2014008510A - Intercambiador de calor que utiliza estructuras tubulares que tienen miembros de alteracion de flujo internos y ensambles de camara externos. - Google Patents

Abstract

Un intercambio de calor incluye al menos un miembro tubular cilíndrico formado de una estructura tubular y ensambles de cámara. Se acopla una pluralidad de miembros de alteración de flujo a intervalos predeterminados dentro de la estructura tubular. Los miembros de alteración de flujo tienen una superficie angulada sobre sus lados respectivos orientados al flujo de un medio de intercambio de calor. Se forman pares de orificios de entrada y orificios de salida sobre la pared de la estructura tubular en los mismos intervalos que los miembros de alteración de flujo. Se acoplan ensambles de cámara como un cuello completo o parcial sobre el exterior de la estructura tubular. Cada ensamble de cámara es hueco, permitiendo flujo de fluido dentro, y está en comunicación fluida con un par correspondiente de orificio de entrada, orificio de salida de manera que el medio de intercambio de calor fluya repetidamente fuera de la estructura tubular dentro de un ensamble de cámara y de regreso dentro de la estructura tubular. Pueden acoplarse múltiples miembros tubulares cilíndricos entre colectores.

Description

INTERCAMBIADOR DE CALOR QUE UTILIZA ESTRUCTURAS TUBULARES QUE TIENEN MIEMBROS DE ALTERACION DE FLUJO INTERNOS Y ENSAMBLES DE CAMARA EXTERNOS CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se refiere generalmente a tubos e intercambiadores de calor y, más específicamente, a tubos e intercambiadores de calor con un miembro tubular cilindrico que tiene una pluralidad de miembros de alteración de flujo dentro de cada miembro tubular. Cada uno de los miembros de alteración de flujo es complementado con un ensamble de cámara fijado a la superficie externa del miembro tubular cilindrico.

ANTECEDENTES DE LA I VENCION Los intercambiadores de calor son utilizados comúnmente en sistemas en donde se desea que se remueva calor. Intercambiadores de calor básicos típicos están hechos de tuberías generalmente rectas, que canalizan dentro del medio de intercambio de calor. Los cabezales o colectores están típicamente fijados a cada extremo de las tuberías. Estos cabezales y colectores actúan como receptáculos para el medio de intercambio de calor. La eficiencia de intercambiadores de calor de tubería es limitada por la cantidad de área superficial disponible para transferencia de calor. En un intercambiador de calor de tubo y de cámara, una Ref . 249665 pluralidad de ensambles de tubo y de cámaras se extiende en relación espaciada entre un par de cabezales o colectores, formando el núcleo de un intercambiador de calor. El desempeño de intercambio de calor del intercambiador de calor es dictado por el área superficial general proporcionada por la pluralidad de ensambles de tubo de cámara.

Para aumentar el área superficial para mejorar el desempeño de intercambio de calor, intercambiadores de calor típicos tal como condensadores, incorporan un diseño de tubo plano, usualmente de material tubular extruido con superficies extendidas proporcionadas por material de aleta corrugado, el material de aleta corrugado está generalmente interpuesto entre un par de materiales tubulares extruidos. Este tipo de intercambiador de calor típicamente incluye tubos aplanados que tienen un fluido que pasa a través de éstos y una pluralidad de aletas corrugadas que se extienden entre los tubos. Las aletas están fijadas a los tubos para aumentar efectivamente el área superficial de los tubos, mejorando con ello la capacidad de transferencia de calor de los tubos. Puede apilarse un número de tubos y aletas uno sobre otro, con una pequeña abertura para permitir paso de aire a través de éstos. Para mejorar además eficiencia de transferencia de calor, el grosor de pared del tubo puede hacerse más delgado. Como un resultado, las partes son de peso más ligero, lo que a su vez hace al intercambiador de calor general de peso más ligero. Sin embargo, se reduce la resistencia de presión, y los tubos más delgados son más propensos a daño. También, el proceso de ensamble se complica debido a la naturaleza frágil de las partes. Además, tubos extruidos son más propensos a obstrucción durante el proceso de fabricación, particularmente si se utiliza un proceso de soldadura. La complejidad del proceso de extrusión resulta en costos superiores e índices de defectos superiores. Además, ya que los tubos planos son generalmente extruidos en forma utilizando procesos de extrusión de metal, únicamente el material que puede extruirse fácilmente en forma típicamente se elabora en tubos planos, restringiendo los materiales disponibles para tubos planos generalmente aluminio y varias aleaciones de aluminio conocidas en la técnica.

El costo general para el sistema de intercambio de calor de tubo plano es superior debido a que es necesario un compresor poderoso para mover el medio de intercambio de calor a través de las aberturas más pequeñas de los tubos. De manera inversa, si no se utiliza un compresor energizado superior, entonces son necesarios tubos adicionales para obtener el desempeño de intercambio de calor deseado debido a que los tubos más pequeños reducen el flujo del medio de intercambio de fluido significativamente. La adición de tubos aumenta el costo general para el sistema de intercambio de calor. Actualmente, este tipo de intercambiador de calor se utiliza en aplicaciones que requieren altas capacidades de intercambio de calor, tal como condensadores de acondicionador de aire automotriz.

En otro diseño de tubo y aleta, el tubo puede ser de un diseño de serpentina, eliminando por lo tanto la necesidad de cabezales o colectores, ya que el tubo se dobla hacia atrás y hacia adelante en una forma de "S" para crear un efecto similar. Aplicaciones típicas de este tipo de intercambiador de calor, además de condensadores, son evaporadores , enfriadores de aceite, y núcleos de calentador. Este diseño de tubo y aleta también se utiliza en radiadores para automóviles. Fuera del campo automotriz, el diseño de tubo y aleta es implementado por enfriadores de aceite industriales, enfriadores de aceite de compresor, y en otras aplicaciones similares que requieren un intercambiador de calor de eficiencia superior. El diseño de serpentina esencialmente es un material de tubo individual, largo con una cámara individual para transferir un medio de intercambio de calor desde la entrada del intercambiador de calor de diseño de serpentina hacia la salida, aumentando con ello la resistencia a la presión del medio de intercambio de calor que se desplaza a través del intercambiador de calor. Esto es perjudicial para el desempeño de un intercambiador de calor, especialmente en una aplicación tal como un evaporador, en donde la caída de presión disminuye significativamente el desempeño del compresor, por ejemplo.

Una variación del intercambiador de calor a base de tubo involucra apilar placas estriadas planas. Cuando se apilan una sobre otra, estas placas estriadas crean cámaras para transferir medio de intercambio de calor. En resumen, este tipo de intercambiador de calor se desempeña sustancialmente igual que intercambiadores de calor de tipo tubo y aleta, pero se fabrica de manera diferente. Este tipo de intercambiador de calor comúnmente se implementa mediante evaporadores contemporáneos.

En otra variación de un intercambiador de calor de tubo, se dispone un conjunto de tubos para formar un intercambiador de calor generalmente conocido en la técnica como intercambiador de calor de carcasa y tubo. En un intercambiador de calor de carcasa y tubo, se agrupa conjuntamente una pluralidad de tubos generalmente rectos, dejando espacio suficiente entre los tubos para permitir que un primer medio de intercambio de calor fluya alrededor del exterior de los tubos individuales, y un segundo medio de intercambio de calor fluya dentro de los tubos individuales. El medio de intercambio de calor que fluye sobre el exterior de los tubos individuales y el medio de intercambio de calor que fluye dentro de los tubos individuales puede ser del mismo tipo de medio de intercambio de calor, y puede ser de diferentes tipos. Este tipo de un intercambiador de calor típicamente involucra tener un primer extremo de tubos agrupados para acoplarse a un primer colector, y un segundo extremo de los tubos agrupados para acoplarse a un segundo colector. Todo el conjunto de tubo típicamente es abarcado en un recipiente hermético al agua. Los intercambiadores de calor de carcasa y tubo generalmente se utilizan en aplicación que requiere presión extremadamente alta, y típicamente emplean dos medios de intercambio de calor, con un medio de intercambio de calor que fluye dentro del conjunto de tubo, y un segundo medio de intercambio de calor que fluye alrededor del conjunto de tubo dentro del recipiente hermético al agua. Los intercambiadores de calor de carcasa y tubo también se utilizan comúnmente en dispositivos de intercambio de calor a gran escala para aplicaciones comerciales e industriales que requieren gran capacidad de intercambio de calor. Los intercambiadores de calor de carcasa y tubo típicamente agrupan conjuntamente tubos generalmente rectos sin mejoras de superficie ya sea al interior o al exterior de los tubos, resultando en características de desempeño de intercambio de calor limitadas. Esto causa que el intercambiador de calor de carcasa y tubo sea de mayor tamaño para satisfacer un desempeño de intercambio de calor deseado, requiriendo de esa forma un gran espacio para propósitos de instalación.

Otra variación de un intercambiador de calor es una cámara y diseño de cámara y tubo dentro de un miembro de dirección de medio insertado dentro del ensamble de cámara. El intercambiador de calor de diseño de cámara y tubo funciona al prevenir que el medio de intercambio de calor fluya en una línea recta, y causando flujo turbulento dentro del intercambiador de calor al forzar que el medio de intercambio de calor cambie constantemente direcciones dentro del intercambiador de calor, primero mediante un miembro de dirección de medio y entonces mediante un ensamble de cámara. A medida que un medio de intercambio de calor ingresa al intercambiador de calor de diseño de cámara y tubo, el medio de intercambio de calor fluye en una línea recta a través de una sección de tubo recto. En el extremo de la sección de tubo recto está el miembro de dirección de medio. La función del miembro de dirección de medio es alterar la dirección del flujo de medio de intercambio de calor desde el flujo de línea generalmente recto a casi un flujo perpendicular, mientras lleva al medio de intercambio de calor dentro de la sección de cámara del intercambiador de calor. La sección de cámara está conectada a la sección de tubo, y es generalmente de un diámetro mayor que la sección de tubo. A medida que se introduce el medio de intercambio de calor dentro del ensamble de cámara, el flujo del medio de intercambio de calor sigue en dos trayectorias semicirculares. En el extremo de las trayectorias semicirculares, el medio de intercambio de calor de nuevo encuentra el miembro de dirección de medio. A medida que el medio de intercambio calor de nuevo encuentra el miembro de dirección de medio, se restaura el flujo dentro de un flujo generalmente recto, ya que el medio de intercambio de calor se lleva incluso a otra sección de tubo del intercambiador de calor. Este proceso se repite asimismo dentro de la longitud de un intercambiador de calor de diseño de cámara y tubo .

SUMARIO DE LA INVENCION La presente invención es un intercambiador de calor tubular mejorado que comprende un miembro tubular cilindrico con una pluralidad de ensambles de cámara acoplados a la superficie externa del miembro tubular cilindrico. El miembro tubular cilindrico es hueco, permitiendo flujo de fluido dentro, con una pluralidad de miembros de alteración de flujo acoplados en intervalos predeterminados dentro de la trayectoria de flujo de fluido del miembro tubular cilindrico a lo largo de la longitud longitudinal del miembro tubular cilindrico. Los miembros de alteración de flujo colocados dentro del miembro tubular cilindrico sustancialmente alteran la trayectoria de flujo del medio de intercambio de calor que fluye dentro del miembro tubular cilindrico, previniendo que el medio de intercambio de calor fluya continuamente en una línea generalmente recta desde la entrada del miembro tubular cilindrico hacia la salida del miembro tubular cilindrico.

Cada uno de los miembros de alteración de flujo colocados dentro del miembro tubular cilindrico puede ser complementado con un orificio de entrada y un orificio de salida formados sobre la pared del miembro tubular cilindrico. El miembro de alteración de flujo tiene un plano angulado sobre el lado orientado al flujo del medio de intercambio de calor dentro del miembro tubular cilindrico. El orificio de entrada y el orificio de salida son formados sobre la pared del miembro tubular cilindrico, cada orificio de entrada y orificio de salida pasa a través de todo el grosor del material que forma el miembro tubular cilindrico, creando una trayectoria de flujo para medio de intercambio de calor desde el interior del miembro tubular cilindrico hacia el exterior del miembro tubular cilindrico. Una pluralidad de ensambles de cámara de está acoplada sobre el exterior del miembro tubular cilindrico. Los ensambles de cámara generalmente son de mayor diámetro que el diámetro del miembro tubular cilindrico, y tienen una cobertura axial generalmente más corta de manera drástica que la cobertura axial del miembro tubular cilindrico. Los ensambles de cámaras son huecos, permitiendo flujo de fluido dentro. Los ensambles de cámara pueden ser circulares, pero pueden ser un cilindro, de formas geométricas rectangulares, u otras. Los ensambles de cámara están colocados a lo largo de la longitud del miembro tubular cilindrico, cada ensamble de cámara se traslapa con un par de un orificio de entrada y un orificio de salida formados en la pared del miembro tubular cilindrico. Un extremo del miembro tubular cilindrico puede conectarse a un cabezal o a un colector. Un segundo extremo del colector tubular cilindrico puede conectarse a otro cabezal o a un colector.

El medio de intercambio de calor fluye desde el cabezal o el colector dentro del miembro tubular cilindrico. El medio de intercambio de calor dentro del miembro tubular cilindrico fluye en una primera línea de flujo generalmente paralela al miembro tubular cilindrico. El medio de intercambio de calor, que fluye en la primera línea de flujo dentro del miembro tubular cilindrico, se desplaza hacia un miembro de alteración de flujo. El miembro de alteración de flujo tiene una superficie angulada orientada al flujo de medio de intercambio de calor y dirige el flujo de medio de intercambio de calor hacia el primer orificio de entrada formado en la pared del miembro tubular cilindrico, el orificio de entrada pasa a través de todo el grosor de la pared que forma el miembro tubular cilindrico. Los miembros de alteración de flujo generalmente representan una superficie angulada sobre el lado orientado al flujo del medio de intercambio de calor, permitiendo un cambio uniforme, pero sustancial en flujo direccional del medio de intercambio de calor.

El medio de intercambio de calor que fluye en el miembro tubular cilindrico inicialmente fluye en una primera línea de flujo. Se acopla una pluralidad de miembros de alteración de flujo dentro de la superficie interior del miembro tubular cilindrico. El medio de intercambio de calor, a medida que encuentra el miembro de alteración de flujo, se dirige para fluir en una segunda línea de flujo. La segunda línea de flujo está generalmente en un ángulo agudo, que se acerca a un ángulo, en alguna modalidad de la presente invención, que es generalmente perpendicular a la primera línea de flujo, guiando el flujo del medio de intercambio de calor hacia el orificio de entrada. Un ensamble de cámara, que es hueco, está acoplado a la superficie externa del miembro tubular cilindrico. El ensamble de cámara generalmente es de diámetro mayor que el miembro tubular cilindrico, con una longitud axial generalmente más corta sustancialmente que aquella del miembro tubular cilindrico. El ensamble de cámara está en comunicación fluida con el orificio de entrada del miembro tubular cilindrico. El medio de intercambio de calor sale del miembro tubular cilindrico a través del orificio de entrada e ingresa al ensamble de cámara. Una vez dentro del ensamble de cámara, el medio de intercambio de calor es dispersado dentro del ensamble de cámara, guiado hacia el orificio de salida formado en la pared del miembro tubular cilindrico.

Aunque no es limitante, el orificio de salida está colocado sobre un lado de la pared del miembro tubular cilindrico que es generalmente opuesto al lado sobre el cual se coloca el orificio de entrada. En otras modalidades, puede desplazarse la posición del orificio de entrada y el orificio de salida. El ensamble de cámara está en comunicación fluida tanto con el orificio de entrada como con el orificio de salida formados sobre la pared del miembro tubular cilindrico. Esta disposición permite que el medio de intercambio de calor que sale del miembro tubular cilindrico a través del orificio de entrada ingrese al ensamble de cámara y reingrese al miembro tubular cilindrico a través del orificio de salida. El medio de intercambio de calor que fluye de regreso dentro del miembro tubular cilindrico a través del orificio de salida encuentra un miembro de alteración de flujo. El miembro de alteración de flujo tiene una superficie angulada sobre un lado orientado a la salida del miembro tubular cilindrico y generalmente restaura el flujo direccional del medio de intercambio de calor a aquel de la primera línea de flujo. Este proceso se repite por toda la longitud del miembro tubular cilindrico. En el extremo del miembro tubular, puede salir un medio de intercambio de calor a un segundo cabezal o un colector.

A medida que el medio de intercambio de calor fluye a través del miembro tubular cilindrico y una pluralidad de ensambles de cámara, se absorbe calor contenido dentro del medio de intercambio de calor mediante el material que comprende el miembro tubular cilindrico y los ensambles de cámara. El calor absorbido mediante el miembro tubular y los ensambles de cámara entonces es liberado al ambiente externo a los ensambles.

En una modalidad de la presente invención, el medio de intercambio de calor fluye dentro del miembro tubular cilindrico desde el primer colector, fijado sobre un primer extremo del miembro tubular cilindrico. El medio de intercambio de calor fluye en una primera línea de flujo en el miembro tubular cilindrico, generalmente a lo largo del eje largo del miembro tubular cilindrico. A medida que el medio de intercambio de calor se acerca a un primer miembro de alteración de flujo, el medio de intercambio de calor es dirigido para fluir en una segunda línea de flujo, generalmente perpendicular a la primera línea de flujo. Los miembros de alteración de flujo generalmente están acoplados a la superficie interior del miembro tubular cilindrico. A medida que se dirige el medio de intercambio de calor en la segunda línea de flujo mediante el miembro de alteración de flujo, el medio de intercambio de calor sale del miembro tubular cilindrico a través del orificio de entrada formado sobre la pared del miembro tubular cilindrico e ingresa al ensamble de cámara. Una vez dentro del ensamble de cámara, el medio de intercambio de calor es dirigido para fluir en una tercera línea de flujo, el flujo dictado por el contorno interior del ensamble de cámara. Aunque no pretende ser limitante, la tercera línea de flujo del medio de intercambio de calor puede ser al menos un patrón de flujo semicircular.

El medio de intercambio de calor entonces sale del ensamble de cámara y reingresa al miembro tubular cilindrico a través del orificio de salida, el orificio de salida es formado sobre la pared del miembro tubular cilindrico. Una vez que el medio de intercambio de calor reingresa al miembro tubular cilindrico, el medio de intercambio de calor es dirigido para fluir generalmente en la primera línea de flujo mediante el miembro de alteración de flujo, el miembro de alteración de flujo representa una superficie angulada sobre el lado orientado al flujo de medio de intercambio de calor. El proceso se repite asimismo dentro del miembro tubular cilindrico, hasta que el medio de intercambio de calor alcanza el extremo del miembro tubular cilindrico, ese medio entonces sale del miembro tubular cilindrico e ingresa al segundo cabezal o un colector.

En modalidades de la presente invención, el miembro tubular cilindrico puede comprender una estructura tubular uniforme, o una estructura tubular con uniones. Las estructuras tubulares uniformes pueden ser formadas mediante extrusión, mediante fundición, o mediante otros métodos de formación. Las estructuras tubulares con uniones pueden ser formadas mediante soldadura de alta frecuencia, otros métodos de soldadura, o medios mecánicos.

En una modalidad de la presente invención, pueden mejorarse las características de intercambio de calor al agregar materiales de placa adicionales sobre la superficie del miembro tubular cilindrico o sobre una o más superficies de los ensambles de cámara. Agregar materiales de placa adicionales sobre las superficies, aumenta el área superficial general del intercambiador de calor, y el desempeño del intercambiador de calor mejora al tener más área superficial para disipar calor lejos del intercambiador de calor. El material de placa adicional puede comprender un material sustancialmente más delgado en comparación con el material que comprende el miembro tubular cilindrico, mejorando consecuentemente de manera adicional el desempeño de transferencia de calor de un intercambiador de calor para aplicaciones particulares.

En una modalidad de la presente invención, el miembro tubular cilindrico y los ensambles de calor para un intercambiador de calor se proporcionan, por ejemplo, para un condensador, evaporador, radiador, etc. El intercambiador de calor también puede ser un núcleo de calentador, interenfriador, o un enfriador de aceite para una aplicación automotriz (por ejemplo, dirección, transmisión, motor, etc.) así como para aplicaciones no automotrices. Una ventaja de la presente invención es que el intercambiador de calor tiene un área superficial más grande para irradiar calor sobre una distancia más corta que aquella de un intercambiador de calor convencional, con el área superficial proporcionada tanto por el miembro tubular cilindrico como por los ensambles de cámara. Con la provisión de un área superficial grande para intercambiar calor, aumenta ampliamente la eficiencia del intercambiador de calor. Adicionalmente, la rigidez estructural proporcionada al tener el miembro tubular cilindrico compuesto de un tubo individual uniforme o con uniones se presta asimismo para uso en aplicaciones de alta presión interna o externa.

Otra ventaja de la presente invención es que la longitud general del tubo mejorado para aplicaciones de intercambio de calor puede acortarse comparada con un intercambiador de calor convencional, que a su vez indica un costo general inferior, ya que es necesario menos materia prima y menos empaquetado. Adicionalmente, el miembro tubular cilindrico puede estar hecho de un material de calibre más grueso, permitiendo que el intercambiador de calor se utilice para aplicaciones de alta presión. Además, el espacio más pequeño de la presente invención se presta asimismo para utilizarse en aplicaciones en donde el espacio está limitado. Incluso otra ventaja de la presente invención sobre un intercambiador de calor convencional es que el proceso de fabricación puede ser más simple debido a que la presente invención requiere componentes menos frágiles y menos pasos de fabricación. La presente invención proporciona un intercambiador de calor fácil de ensamblar, que proporciona desempeño de intercambio de calor mejorado mientras es económico. La presente invención también supera aplicaciones de alta presión típicas de aplicaciones comerciales e industriales, al proporcionar un miembro tubular cilindrico rígido, que puede ser fabricado de material tubular de calibre grueso. Toda la unidad puede ser soldada conjuntamente, o cualquier porción de la unidad puede soldarse primero, y entonces pueden soldarse, unirse con soldadura, o fijarse mediante medios mecánicos, con o sin utilización de empaques.

La presente invención también se presta a sí misma para facilidad de ensamble al tener un miembro tubular cilindrico de una sola pieza. El miembro tubular cilindrico puede ser una estructura tubular de una sola pieza con una pluralidad de orificios de entrada y orificios de salida formados en intervalos predeterminados en la pared del miembro tubular cilindrico. Los orificios pueden ser perforados por máquina, perforados mediante presión, o formados mediante otros medios mecánicos, siempre y cuando el método utilizado cree orificios que pasan todo el grosor de la pared del miembro tubular cilindrico. Puede insertarse una pluralidad de miembros de alteración de flujo dentro del miembro tubular cilindrico para alinearse con una unión de orificio de entrada y de orificio de salida. En una modalidad de la presente invención, puede formarse una pluralidad de miembros de alteración de flujo a partir de una sola pieza de material, o una pluralidad de miembros de alteración de flujo pueden acoplarse conjuntamente para formar una sola pieza de material con una pluralidad de características de alteración de flujo. En otra modalidad de la presente invención, puede insertarse una pluralidad de miembros de alteración de flujo dentro del miembro tubular cilindrico, con la longitud de cada uno de los miembros de alteración de flujo predeterminada, de manera que una vez que se insertan los miembros de alteración de flujo individuales dentro del miembro tubular cilindrico extremo a extremo, cada miembro de alteración de flujo se alinea con una unión de un orificio de entrada y un orificio de salida. Sobre la superficie exterior del miembro tubular cilindrico, se acopla una pluralidad de ensambles de cámara, cada ensamble de cámara es colocado sobre un par que comprende un orificio de entrada y un orificio de salida.

Los ensambles de cámara pueden acoplarse mecánicamente a la superficie exterior del miembro tubular cilindrico, o pueden fijarse por otros medios, tal como unión por soldadura, soldadura, o soldeo, por ejemplo. Puede combinarse primero de manera conjunta una pluralidad ensambles de cámara para formar una unidad unitaria de una pluralidad de ensambles de cámara, antes de acoplar los ensambles de cámara a los miembros tubulares cilindricos. Al combinar una pluralidad de ensambles de cámara antes de acoplamiento a los miembros tubulares cilindricos, se simplifica el proceso de ensamble. Adicionalmente , puede formarse una pluralidad de ensambles de cámara a partir de una sola pieza de material, mediante grabado, fundición, hidroformación, u otros procesos de torneado.

En otra modalidad de la presente invención, pueden fijarse aletas o miembros de placa a la superficie exterior del miembro tubular cilindrico, a la superficie exterior de ensambles de cámara o a superficies tanto del miembro tubular cilindrico como de los ensambles de cámara. Aletas o miembros de placa fijados a la superficie exterior además aumentan el área superficial de un intercambiador de calor, mejorando con ello las características de desempeño del intercambiador de calor. Aletas y miembros de placa proporcionan un medio económico para aumentar la capacidad de intercambio de calor de un intercambiador de calor al mejorar el área superficial disponible para transferencia de calor, sin aumentar ampliamente el tamaño de un intercambiador de calor o sin que sea más costoso producir un intercambiador de calor.

Incluso en otra modalidad de la presente invención, el tamaño de ensamble de cámara puede variar de un ensamble de cámara al siguiente.

En otra modalidad de la presente invención, puede agruparse conjuntamente una pluralidad de miembro tubular cilindrico para formar un intercambiador de calor con una pluralidad de miembros tubulares cilindricos. Un extremo del miembro tubular cilindrico agrupado puede conectarse a un primer colector o un cabezal, y un segundo extremo del miembro tubular cilindrico agrupado puede conectarse a un segundo colector o un cabezal. En una modalidad de la presente invención, el tamaño del miembro tubular cilindrico puede variar de un miembro tubular cilindrico al siguiente.

Incluso en otra modalidad de la presente invención, puede agruparse conjuntamente una pluralidad del miembro tubular cilindrico, dejando suficiente espacio entre cada uno de los tubos agrupados para permitir flujo del medio de intercambio de calor alrededor del exterior del miembro tubular cilindrico individual. El primer extremo del miembro tubular cilindrico agrupado puede conectarse a un primer colector o un cabezal . El segundo extremo del miembro tubular cilindrico agrupado puede conectarse a un segundo colector o un cabezal . Toda el área que comprende el miembro tubular cilindrico agrupado puede sellarse en un recipiente hermético al agua, permitiendo que un medio de intercambio de calor fluya sobre la superficie exterior del miembro tubular cilindrico agrupado. El recipiente puede tener una entrada para permitir que un primer medio de intercambio de calor fluya dentro del recipiente. El recipiente también puede tener una salida para permitir que el primer medio de intercambio de calor salga del recipiente. Además, el recipiente puede representar deflectores para dirigir flujo del medio de intercambio de calor dentro del recipiente. En una modalidad de la presente invención, un segundo medio de intercambio de calor puede fluir dentro del miembro tubular cilindrico agrupado. El primer medio de intercambio de calor que fluye fuera del miembro tubular cilindrico agrupado y el segundo medio de intercambio de calor que fluye dentro del miembro tubular cilindrico agrupado pueden ser un gas, un líquido, o una combinación de ambos.

En una modalidad adicional de la presente invención, cada ensamble de cámara puede dispersar medio de intercambio de calor a través de la cámara, que además mejora las capacidades de intercambio de calor de la presente invención. También, el miembro tubular cilindrico también puede mezclar el medio de intercambio de calor.

En otra modalidad de la presente invención, la superficie interior del miembro tubular cilindrico puede representar muescas para aumentar el área superficial . También, incluso en otra modalidad de la presente invención, la superficie interior del ensamble de cámara también puede representar muescas para aumentar el área superficial. En una modalidad adicional de la presente invención, el miembro de alteración de flujo también puede representar muescas. En una modalidad de la presente invención, el ensamble de cámara puede tener otras características de superficie tal como, pero no limitadas a, muescas, tablillas, abolladuras, así como otras características de superficie extendidas para alterar las características de flujo de fluido dentro del ensamble de cámara.

El miembro tubular cilindrico del ensamble de cámara puede estar hecho de aluminio, ya sea con revestimiento o sin revestimiento. El miembro de alteración de flujo puede estar hecho de aluminio, ya sea con revestimiento o sin revestimiento. El miembro tubular cilindrico, los ensambles de cámara, y los miembros de alteración de flujo también pueden estar hechos de acero inoxidable, cobre, u otros materiales ferrosos o no ferrosos. El miembro tubular cilindrico, los ensambles de cámara, y los miembros de alteración de flujo también pueden ser de un material de plástico u otros materiales compuestos.

El miembro tubular cilindrico, los ensambles de cámara, y los miembros de alteración de flujo pueden fabricarse mediante grabado, forjado en frío, fundición, hidroformación, o torneado.

Otras características y ventajas de la presente invención se apreciarán fácilmente, a medida que las mismas se entienden mejor después de leer la descripción subsecuente tomada en conjunto con las figuras anexas.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS La Figura 1A es una vista en perspectiva de un intercambiador de calor que comprende un miembro tubular cilindrico con una pluralidad de accesorios de ensamble de cámara de conformidad con modalidades de la presente invención; la Figura IB es una vista lateral de una estructura tubular de la técnica previa típicamente utilizada en un intercambiador de calor de tubería; la Figura 1C es una vista en perspectiva de una estructura tubular de conformidad con modalidades de la presente invención; la Figura ID ilustra una vista transversal de un miembro tubular cilindrico con una pluralidad de ensamble de cámara acoplados a la superficie exterior de una estructura tubular, y con una pluralidad de miembros de alteración de flujo colocados en ubicaciones predeterminadas dentro del miembro tubular cilindrico de conformidad con modalidades de la presente invención; la Figura 2A ilustra otra vista transversal del intercambiador de calor, de conformidad con una modalidad de la presente invención; la Figura 2B es una vista lateral de la estructura tubular de conformidad con modalidades de la presente invención; la Figura 2C ilustra una vista lateral de la cámara de alteración de flujo, de conformidad con una modalidad de la presente invención; la Figura 2D ilustra una vista lateral de los ensambles de cámara, de conformidad con una modalidad de la presente invención; la Figura 2E es una vista en perspectiva de un ensamble de cámara, de conformidad con modalidades de la presente invención; la Figura 3A ilustra patrones de flujo de un medio de intercambio de calor dentro del miembro tubular cilindrico, de conformidad con modalidades de la presente invención ; la Figura 3B es una vista transversal de un intercambiador de calor de conformidad con modalidades de la presente invención; la Figura 3C es una vista transversal de la estructura tubular de conformidad con modalidades de la presente invención; la Figura 3D es una vista transversal de una pluralidad de miembros de alteración de flujo de conformidad con una modalidad de la presente invención; la Figura 3E es una vista transversal de otro ensamble de cámara, de conformidad con modalidades de la presente invención; la Figura 4A es una vista en perspectiva de un intercambiador de calor, de conformidad con modalidades de la presente invención; la Figura 4B es una vista lateral de un intercambiador de calor, de conformidad con modalidades de la presente invención; la Figura 4C es una vista superior de un intercambiador de calor, de conformidad con modalidades de la presente invención; la Figura 4D es una vista en perspectiva de otro intercambiador de calor, de conformidad con modalidades de la presente invención; la Figura 4E es una vista lateral de un intercambiador de calor, de conformidad con otra modalidad de la presente invención; la Figura 4F es una vista superior de un intercambiador de calor, de conformidad con otra modalidad de la presente invención; la Figura 5A es una vista en perspectiva de un miembro de alteración de flujo, de conformidad con modalidades de la presente invención; la Figura 5B es una vista superior de un miembro de alteración de flujo, de conformidad con modalidades de la presente invención,- la Figuras 5C es una vista delantera de un miembro de alteración de flujo, de conformidad con modalidades de la presente invención; la Figura 5D es una vista lateral de un miembro de alteración de flujo, de conformidad con modalidades de la presente invención; la Figuras 5E es una vista en perspectiva de otra modalidad de un miembro de alteración de flujo, de conformidad con modalidades de la presente invención; la Figuras 5F es una vista lateral de una pluralidad de miembros de alteración de flujo, de conformidad con modalidades de la presente invención; la Figura 6A es una vista lateral de un intercambiador de calor, de conformidad con otra modalidad de la presente invención; la Figura 6B es una vista en perspectiva de un intercambiar de calor, de conformidad con otra modalidad de la presente invención; la Figura 6C es una vista superior de un intercambiador de calor, de conformidad con otra modalidad de la presente invención; la Figura 6D es una vista lateral de un miembro tubular cilindrico, de conformidad con otra modalidad de la presente invención; la Figura 6E es una vista en perspectiva de un miembro tubular cilindrico, de conformidad con otra modalidad de la presente invención; la Figura 6F es una vista superior de un miembro tubular cilindrico, de conformidad con otra modalidad de la presente invención; la Figura 7A es una vista en perspectiva de un miembro de alteración de flujo, de conformidad con otra modalidad de la presente invención; la Figura 7B es una vista frontal de un miembro de alteración de flujo, de conformidad con otra modalidad de la presente invención; la Figura 7C es una vista posterior de un miembro de alteración de flujo, de conformidad con otra modalidad de la presente invención pude, la Figura 7D es una vista en perspectiva de un miembro de alteración de flujo, de conformidad con otra modalidad de la presente invención; la Figura 8 es una vista frontal de un intercambiador de calor, e ilustra patrones de flujo de un medio de intercambio de calor dentro del miembro tubular cilindrico y los ensambles de cámara, de conformidad con modalidades de la presente invención; DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION Al hacer referencia a las figuras y en particular a la Figura 1A, se muestra una modalidad de un miembro tubular cilindrico 100. El miembro tubular cilindrico 100 tiene una entrada 5 para introducir un medio de intercambio de calor dentro del miembro tubular cilindrico 100, y una salida 10 para permitir que el medio de intercambio de calor fluya fuera del miembro tubular cilindrico 100. El miembro tubular cilindrico 100 tiene una estructura tubular 15. Al hacer referencia también a la Figura IB, la superficie exterior de la estructura tubular 15 tiene una pluralidad de ensambles de cámara 20 fijados a la superficie exterior de la estructura tubular 15. Al hacer referencia la Figura 1C, la estructura tubular 15 representa una pluralidad de orificios de entrada 30 y orificios de salida 35, para permitir que el medio de intercambio de calor fluya fuera de la estructura tubular 15, e ingrese a un ensamble de cámara 20, y entonces permitir que el medio de intercambio de calor reingrese a la estructura tubular 15 desde el ensamble cámara 20 a través del orificio salida 35. Al hacer referencia a la Figura 1C y Figura ID, el orificio de entrada 30 y el orificio salida 35 son formados sobre la pared de la estructura tubular 15, los orificios 30 y 35 pasan a través de todo el grosor del material formando la estructura tubular 15. Cada orificio de entrada 30 es complementado con un orificio de salida 35, el orificio de salida 35 está colocado sobre el lado de la estructura tubular 15 que es opuesto al lado sobre el cual se dispone el miembro de orificio de entrada 30 complementado. Al hacer referencia a la Figura ID, cada unión de un orificio de entrada 30 y un orificio de salida 35 es complementada con un miembro de alteración de flujo 25. El miembro de alteración de flujo 25 está acoplado a la pared interior de la estructura tubular 15. Cada uno de los regímenes de alteración de flujo que comprenden un miembro de orificio de entrada 30, un ensamble de cámara 20, y un orificio de salida 35, y un miembro de alteración de flujo 25, se repiten por toda la longitud de la estructura tubular 15. Se dispone una pluralidad de regímenes de alteración de flujo a través del miembro tubular cilindrico 100. En comparación, al hacer referencia ahora a la Figura IB, un intercambiador de calor de tipo tubo de la técnica previa típico tiene una estructura tubular 15a, que es hueca y se extiende axialmente en una línea generalmente recta, permitiendo flujo de un medio de intercambio de calor dentro de la estructura tubular. El interior y exterior de la estructura tubular son generalmente uniformes y no contienen orificios de paso. La estructura tubular tiene una entrada 5a para introducir medio de intercambio de calor dentro de la estructura tubular 15a y una salida 10a para permitir que el medio de intercambio de calor salga de la estructura tubular 15a. La estructura tubular 15a de la técnica previa puede tener características de mejora de superficie tal como aletas sobre el interior así como sobre el exterior de la superficie tubular para mejorar características de transferencia de calor.

Al hacer referencia a la Figura 2A, se muestra otra modalidad de la presente invención. El miembro tubular cilindrico 100 tiene una entrada 5 para introducir medio de intercambio de calor dentro del miembro tubular cilindrico 100, y una salida 10 para permitir que el medio de intercambio de calor fluya fuera del miembro tubular cilindrico 100. El miembro tubular cilindrico 100 tiene una estructura tubular 15. Al hacer referencia ahora a la Figura 2B, la estructura tubular 15 tiene pluralidad de orificios de entrada 30 y orificios de salida 35 formados sobre la superficie tubular 15, los orificios pasan a través de todo el grosor del material que forman la estructura tubular 15. Cada orificio de entrada 30 es complementado con un orificio de salida 35. Al hacer referencia a la Figura 2A y la Figura 2C, insertada dentro de la estructura tubular 15 está una pluralidad de miembros de alteración de flujo 25 fijados conjuntamente mediante un miembro de fijación 35, creando una unidad individual de un inserto 40 con una pluralidad de miembros de alteración de flujo 25. El inserto 40 es colocado dentro de la estructura tubular 15, de manera que cada miembro de alteración de flujo se alinee con una unión de un orificio de entrada 30 y un orificio de salida 35. El miembro de fijación 35 del inserto 40 es colocado de manera que el material que forma el miembro de fijación 45 no obstruye el orificio de entrada 30 o el orificio de salida 35 formado sobre la estructura tubular 15.

Al hacer referencia a la Figura 2A, sobre la superficie exterior de la estructura tubular 15, se acopla una pluralidad de ensambles de cámara 20, cada ensamble de cámara forma un ajuste hermético al agua con la superficie exterior de la estructura tubular 15. Al hacer referencia a la Figura 2D y 2E, el ensamble de cámara 20 comprende una primera pared plana 90 y una segunda pared plana 95, la segunda pared plana 95 está separada a una distancia desde la primera pared plana 90, dejando un espacio entre la primera pared plana 90 y la segunda pared plana 95. Interconectando la primera pared plana 90 y la segunda pared plana 95 está una pared lateral 85. La primera pared plana 90, la segunda pared plana 95, y la pared lateral 85 forman una conexión hermética al agua, dejando una cámara 50 dentro del ensamble de cámara 20. A través de la primera pared plana 90 y la segunda pared plana 95, se forma un orificio 55. El orificio 55 tiene un tamaño, por ejemplo, un diámetro, ligeramente mayor que el tamaño, por ejemplo, el diámetro de la dimensión exterior de la estructura tubular 15, permitiendo que el ensamble de cámara 20 y una estructura tubular formen un ajuste hermético cuando la estructura tubular 15 se inserta dentro el orificio 55. Se acopla una pluralidad de los ensambles de cámara 20 a la superficie exterior de la superficie tubular 15, como se ilustra en la Figura 2A. Cada ensamble de cámara 20 está colocado de manera que cada ensamble de cámara 20 esté alineado con una unión de un orificio de entrada 30 y un orificio de salida 35 formando la estructura tubular 15. Cada uno de los regímenes de alteración de flujo que, que comprenden un miembro de orificio de entrada 30, un ensamble de cámara 20, un miembro de orificio de salida 35, y el miembro de alteración de flujo 25, se repiten a través de la longitud de la estructura tubular 15. De esa forma, se proporciona una pluralidad de regímenes de alteración de flujo mediante el miembro tubular cilindrico 100.

Al hacer referencia ahora a la Figura 3A y Figura 3B, se muestra otra modalidad de la presente invención. En esta modalidad, la estructura tubular 15 es fabricada con una pluralidad de orificios de entrada 30 y orificios de salida 35. El ensamble de cámara 60 es una unidad unitaria, que tiene una pluralidad de unidades de cámara 20 colocadas con una separación predeterminada entre ellas. Las unidades de cámara 20 están conectadas entre sí mediante una sección tubular 70 (Ver Figura 3B y Figura 3E) . Una estructura tubular 15, con orificios de entrada 30 y orificios de salida 35, se muestra por sí misma en la Figura 3C. Se colocan orificios de entrada 30 y orificios de salida 35 sobre la estructura tubular 15 de manera que se complemente cada orificio de entrada 30 con un orificio de salida 35. La colocación del orificio de entrada 30 y orificio de salida 35 sobre la estructura tubular 15 se realiza de manera que un orificio de salida 35 este sobre un lado generalmente opuesto a un orificio de entrada 30, aunque la colocación del orificio de salida 35 también puede estar desviado en algunas modalidades de la presente invención. Para cada unión de un orificio de entrada 30 y un orificio de salida 35, se coloca con miembro de alteración de flujo, de manera que el flujo del medio de intercambio de calor que ingresa a la entrada 5 de la estructura tubular 15, encuentre el miembro de alteración de flujo 25, un primer lado 75 del miembro de alteración de flujo 25 tiene una superficie angulada, causando que el flujo del medio de intercambio de calor se guíe hacia el orificio de entrada 30. Para cada miembro de alteración de flujo 25 colocado dentro de la estructura tubular 15, la primera cara 75 del miembro de alteración de flujo 25 se orienta al orificio de entrada 30 y una segunda cara 80 del miembro de alteración de flujo 25 se orienta hacia el orificio de salida 35 (ver Figura 3B con relación a la Figura 3C) .

Al hacer referencia a la Figura 4A y Figura 4B, se muestra una modalidad de un intercambiador de calor 200. El intercambiador de calor 200 incluye un par de colectores 210 y 230. Una pluralidad de miembros tubulares cilindricos 100 se extiende en una relación espaciada con relación a otra entre los colectores 210 y 230. Un extremo libre de un miembro tubular cilindrico 100 está acoplado al primer colector 210. El otro extremo libre del miembro tubular cilindrico 100 está acoplado al segundo colector 230. El primer colector 210 tiene una entrada 220 para introducir un medio de intercambio de calor dentro del intercambiador de calor 200. El segundo colector 230 tiene una salida 240 para permitir que el medio de intercambio de calor salga del intercambiador de calor 200. El medio de intercambio de calor introducido dentro del primer colector 210 puede dispersarse a una pluralidad de miembros tubulares cilindricos 100. El segundo colector 230 puede recibir el medio de intercambio de calor de una pluralidad de miembros tubulares cilindricos 100. Los colectores 210 y 230 pueden representar deflectores de manera que el patrón de flujo puede ser un flujo direccional individual simple desde un primer colector hacia un segundo colector, o un patrón de flujo múltiple más complejo, en donde existen múltiples patrones de flujo entre el primer colector y el segundo colector.

En otra modalidad de la presente invención, al hacer referencia a la Figura 4C, Figura 4D, y Figura 4E, el intercambiador de calor 200 incluye un par de colectores 210 y 230. Una pluralidad de miembros tubulares cilindricos 100 se extiende entre el par de colectores 210 y 230. Un extremo libre de un miembro tubular cilindrico 100 está acoplado a un primer colector 210. El otro extremo libre del miembro tubular cilindrico 100 está acoplado a un segundo colector 230. El espacio entre el par de colectores 210 y 230 es abarcado completamente en un recipiente 350. El recipiente proporciona un compartimento hermético al agua, que tiene una entrada de recipiente 310 y una salida de recipiente 320, para permitir flujo de un medio de intercambio de calor dentro y fuera del recipiente 350 que rodea los miembros tubulares cilindricos 100. El primer colector 210 tiene una entrada 220 para introducir un primer medio de intercambio de calor en la pluralidad de miembros tubulares cilindricos 100. El segundo colector 230 tiene una salida 240 para permitir que el primer medio de intercambio de calor salga de la pluralidad de miembros tubulares cilindricos 100. Los colectores 210 y 230 pueden representar deflectores dentro de manera que el patrón de flujo pueda ser un flujo de dirección individual simple desde un primer colector hacia un segundo colector, o patrón de flujo múltiple más complejo, en donde existen múltiples patrones de flujo entre el primer colector y el segundo colector. El segundo medio de intercambio de calor ingresa al recipiente 350 a través de la entrada de recipiente 310. El segundo medio de intercambio de calor fluye alrededor de la pluralidad de miembros tubulares cilindricos 100 colocados dentro del recipiente 350. El segundo medio de intercambio de calor fluye fuera del recipiente 350 a través de la salida de recipiente 320.

De esa forma, en modalidades de la presente invención, el intercambiador de calor (por ejemplo, 300) , representa dos medios de intercambio de calor, un medio de intercambio de calor que fluye dentro de la pluralidad de miembros tubulares cilindricos 100, y segundo medio de intercambio de calor que fluye fuera de la pluralidad de miembros tubulares cilindricos 100. El primer medio de intercambio de calor que fluye dentro de la pluralidad de miembros tubulares cilindricos 100 puede contener calor, transferir calor al segundo medio de intercambio de calor que fluye fuera de la pluralidad de miembros tubulares cilindrico 100. En otra modalidad de la presente invención, el medio de intercambio de calor que fluye dentro de la pluralidad de miembros tubulares cilindricos 100 puede absorber calor desde el segundo medio de intercambio de calor que fluye fuera de la pluralidad de miembros tubulares cilindricos 100.

En otra modalidad de la presente invención, tanto una entrada como una salida pueden colocarse sobre un primer colector, con un segundo colector que facilita el retorno de medio de intercambio de calor hacia el primer colector. Al hacer referencia a la Figura 4F, el intercambiador de calor 355 incluye un par de colectores 215 y 235. Una pluralidad de miembros tubulares cilindricos 100 (como en la Figura 4C) se extiende en una relación espaciada entre el primer par de colectores 215 y 235. Un extremo libre de un miembro tubular cilindrico 100 está acoplado al primer colector 215. El otro extremo libre del miembro tubular cilindrico 100 está acoplado al segundo colector 235. El primer colector 215 tiene una entrada 220 para introducir medio de intercambio de calor dentro del intercambiador de calor 355 y una salida 245 para permitir que el medio de intercambio de calor salga del intercambiador de calor 355. El primer colector 215 tiene una división dentro para segregar una porción de la pluralidad de miembros tubulares cilindricos 100 dentro de al menos dos grupos. Una porción de la pluralidad de miembros tubulares cilindricos 100 funciona para permitir flujo del medio de intercambio de calor desde el primer colector 215 hacia el segundo colector 235, y el resto de la pluralidad de miembros tubulares cilindricos 100 funciona para permitir flujo del medio de intercambio de calor desde el segundo colector 235 hacia el primer colector 215. El segundo colector 235 recibe el medio de intercambio de calor desde el primer colector 215, a través de la pluralidad de miembros tubulares cilindricos 100 en la primera división del primer colector 215. Una vez que el segundo colector recibe el medio de intercambio de calor, se regresa el medio de intercambio de calor al primer colector 215 a través de la pluralidad de miembro tubular cilindrico en la segunda división del primer colector 215. La entrada 220 está conectada a la primera división del primer colector 215, y la salida 245 está conectada a la primera división del primer colector 215.

Al hacer referencia a la Figura 3A, se muestra un patrón de flujo del medio de intercambio de calor dentro del miembro tubular cilindrico 100. Un extremo libre del miembro tubular cilindrico 100 es una entrada 5. El otro extremo libre del miembro tubular cilindrico 100 es una salida 10. Un medio de intercambio de calor ingresa al miembro tubular cilindrico a través de los flujos de entrada 5 en una primera línea de flujo, que fluyen generalmente paralelos a la estructura tubular 15. El medio de intercambio de calor que fluye en la primera línea de flujo encuentra un miembro de alteración de flujo 25. Preferiblemente se coloca una pluralidad de miembros de alteración de flujo 25 en una separación predeterminada dentro de la estructura tubular 15. Al hacer referencia a la Figura 3A, Figura 3D, Figura 5A, y Figura 5D, el miembro de alteración de flujo 25 representa una superficie angulada 75 sobre la superficie que se orienta hacia la entrada del miembro tubular cilindrico 100, permitiendo que el medio de intercambio de calor que fluye en la primera línea de flujo se dirija a una segunda línea de flujo dentro de la estructura tubular 15. Al hacer referencia a las Figuras 5A y 5C, la circunferencia externa del miembro de alteración de flujo 25 es generalmente perfilada para coincidir con la circunferencia interior de la estructura tubular 15. El medio de intercambio de calor dirigido en la segunda línea de flujo mediante el miembro de alteración 25, fluye hacia el orificio de entrada 30 sobre la estructura tubular 15. Una vez que el medio de intercambio de calor alcanza el orificio de entrada 30, el medio de intercambio de calor sale de la estructura tubular 15 e ingresa al ensamble de cámara 20. Dentro del ensamble de cámara 20, el medio de intercambio de calor fluye dentro del ensamble de cámara, siguiendo el contorno interior del ensamble de cámara, que es hueco para facilitar flujo del medio de intercambio de calor dentro. Aunque no pretende ser limitante, el ensamble de cámara 20 tiene una forma cilindrica, el diámetro del ensamble de cámara es mayor que el diámetro de la estructura tubular 15. La cobertura axial del ensamble de cámara 20 es sustancialmente más corta que la cobertura axial de la estructura tubular 15, permitiendo que se acople una pluralidad de ensambles de cámara 20 a la estructura tubular 15. El medio de intercambio de calor que fluye dentro de un ensamble cámara 20 fluye en al menos un patrón de flujo semicircular. El medio de intercambio de calor que fluye dentro del ensamble de cámara reingresa a la estructura tubular 15 a través del orificio de salida 35 formado sobre la pared que forma la estructura tubular 15. Una vez que el medio de intercambio de calor reingresa a la estructura tubular 15, el medio de intercambio de calor encuentra el miembro de alteración de flujo 25. Al hacer referencia a la Figura 5D, el miembro de alteración de flujo tiene una superficie angulada 80 sobre el lado del miembro de alteración de flujo orientado a la salida 10, que generalmente restaura el primer flujo direccional del medio de intercambio de calor dentro de la estructura tubular 15.

El proceso se repite asimismo hasta que el medio de intercambio de calor introducido dentro del miembro tubular cilindrico 100 desde la entrada 5 sale a través de la salida 10 del miembro tubular cilindrico 100.

Al hacer referencia ahora a las Figuras 5E y 5F, se muestra otra modalidad de un miembro de alteración de flujo. En una modalidad de un miembro de alteración de flujo presentado en la Figura 5E y Figura 5F, puede formarse una pluralidad de características de alteración de flujo a partir de una sola pieza de material, o puede acoplarse de manera conjunta una pluralidad de miembros de alteración de flujo para formar una unidad singular con una pluralidad de características de alteración de flujo, mostrado como un miembro de alteración de flujo 40 en la Figura 5E. A lo largo de la cobertura lateral del miembro de alteración de flujo 40, se representa una pluralidad de superficies de alteración de flujo 75. Las superficies de alteración de flujo 75 se orientan que se orientan a la entrada 5 del ensamble de tubo 15 representa una superficie angulada, y dirige el medio de intercambio de calor que fluye en la primera línea de flujo dentro del ensamble de tubo 15 para cambiar el curso y flujo en una segunda línea de flujo, dirigiendo el medio de intercambio de calor dentro del ensamble de cámara 50 a través del orificio de entrada 30. El miembro de alteración de flujo 40 también representa una pluralidad de superficies de alteración 80, las superficies de alteración de flujo 80 orientadas a la salida 10 del ensamble de tubo 15. La superficie de las superficies de alteración de flujo 80 se establece en un ángulo con relación a la salida 10 del ensamble de tubo 15. Las superficies de alteración de flujo 80 dirigen el flujo del medio de intercambio de calor que sale del ensamble de cámara 20 y que ingresa al ensamble de tubo 15 a través del orificio de salida 15, para fluir en la primera línea de flujo. En miembro de alteración de flujo 40 representa miembros de conexión 45 que forman la pared lateral del miembro de alteración de flujo 40. El contorno exterior general de los miembros de conexión 45 se adapta al contorno interior del ensamble de tubo 15, acoplando la superficie exterior del miembro de alteración de flujo 40 a la superficie interior del miembro tubular 15.

Al hacer referencia ahora a la Figura 6A, Figura 6B, y Figuras 6E, se muestra otra modalidad de la presente invención, en donde tal modalidad emplea un miembro tubular cilindrico 105 que incluye una estructura tubular 110 y pares de ensamble de cámara 125, 126. Al hacer referencia a la Figura 6E en particular, una estructura tubular 110 forma una base estructural de un intercambiador de calor, con una pluralidad de orificios de entrada y orificios de salida formados sobre la estructura tubular 110. Al hacer referencia a la Figura 7A, colocada en intervalos predeterminados dentro de la estructura tubular 110 está la pluralidad de miembros de alteración de flujo 150. Sobre el exterior de la estructura tubular, se acopla una pluralidad de ensambles de cámara 125 y 126 a la superficie exterior de la estructura tubular 110. Al hacer referencia a la Figura 6C y Figura 7A, un miembro de alteración de flujo 150 tiene un canal sobre un plano de la superficie de miembro de alteración de flujo orientada a la entrada 115 de la estructura tubular 110, con una superficie plana angulada 170 orientada a la entrada 115 de la estructura tubular 110. El canal sobre el miembro de alteración de flujo 150 comprende una primera pared lateral 155 que define una primera pared de un canal, una segunda pared lateral 160 que define una segunda pared de un canal, y una pared base 165 que define una base del canal. Cada miembro de alteración de flujo 150 está complementado con una pluralidad de orificios de entrada 130 y 135. Al hacer referencia a la Figura 6B, Figura 6C, y Figura 8, cada orificio de entrada 130 está complementado con un ensamble de cámara 125. Un ensamble de cámara 125 está acoplado a la superficie exterior de la estructura tubular 110, el ensamble de cámara es hueco, lo que permite flujo de fluido dentro.

El medio de intercambio de cámara que fluye en la estructura tubular 110 fluye inicialmente en una primera línea de flujo. A medida que el medio de intercambio de calor se desplaza dentro de la estructura tubular 110, el medio de intercambio de calor entra en contacto con un miembro de alteración de flujo 150. A medida que el medio de intercambio de calor entra en contacto con el miembro de alteración de flujo 150, el flujo del medio de intercambio de calor es dirigido hacia una segunda línea de flujo, el cambio direccional es dictado por la superficie plana angulada 170 del miembro de alteración de flujo 150, y por el canal formado por la primera pared lateral 155, la segunda pared lateral 160, y la pared base 165 del miembro de alteración de flujo 150. El medio de intercambio de calor dirigido en la segunda línea de flujo entonces es guiado fuera de la estructura tubular 110 dentro de un ensamble de cámara 125.

Al hacer referencia a la Figura 8, una porción del medio de intercambio de calor es dirigida dentro del orificio de entrada 130 y fluye dentro de un primer ensamble de cámara 125, más específicamente dentro de una cámara semicilíndrica 180. Otra porción del medio de intercambio de calor es dirigida dentro del orificio de entrada 135 y fluye dentro de un segundo ensamble de cámara 126, más específicamente dentro una cámara semicilíndrica 182. El flujo de medio de intercambio de calor dentro de los ensambles de cámara 125/126 respectivos es dirigido mediante el contorno interior de los ensambles de cámara, siguiendo generalmente un patrón de flujo semicircular dictado por las cámaras semicilíndricas 180, 182 respectivas. El medio de intercambio de calor que fluye en el primer ensamble de cámara 125 es dirigido hacia el orificio salida 140. Al alcanzar el orificio de salida 140, el medio de intercambio de calor que se desplaza dentro del primer ensamble de cámara 125 sale del ensamble de cámara 125, y reingresa a la estructura tubular 110. El medio de intercambio de calor que fluye en el segundo ensamble de cámara 126 es dirigido hacia el orificio de salida 145. Al alcanzar el orificio de salida 145, el medio de intercambio de calor que se desplaza dentro del segundo ensamble de cámara 126 sale del ensamble cámara 126, y reingresa a la estructura tubular 110. El medio de intercambio de calor que se ha desplazado dentro del primer ensamble de cámara 125 y el segundo ensamble de cámara 126 convergen dentro de la estructura tubular 110. Al hacer referencia a la Figura 7C, el medio de intercambio de calor que ha reingresado a la estructura tubular 110 entra en contacto con el miembro de alteración de flujo 150, afectando el flujo direccional del medio de intercambio de calor. El miembro de alteración de flujo 150 tiene una superficie plana angulada 185 orientada a la salida 120 de la estructura tubular 110. El plano de la superficie orientada a la salida 120 de la estructura tubular tiene un canal definido por una primera pared lateral 190, una segunda pared lateral 195, y una pared base 205 como se muestra en la Figura 7C. A medida que el medio de intercambio de calor sale del primer ensamble de cámara 125 y del segundo ensamble de cámara 126 a través del orificio de salida 140 y 145, el medio de intercambio de calor entra en contacto con la superficie plana angulada 185 del miembro de alteración de flujo 150. A medida que el medio de intercambio de calor entra en contacto con la superficie angulada 185 del miembro de alteración de flujo 150, el flujo direccional es restaurado generalmente a aquel de la primera línea de flujo.

Este proceso se repite asimismo dentro de la estructura tubular 110, hasta que el medio de intercambio de calor sale de la estructura tubular 110 a través de la salida 120.

Al hacer referencia a la Figura 7A, puede disponerse una pluralidad de miembros de alteración de flujo 150 dentro de la estructura tubular 110, preferiblemente en intervalos predeterminados. Al hacer referencia ahora a la Figura 7D, en otra modalidad de la presente invención, pueden acoplarse varios miembros de alteración de flujo 150 conjuntamente formando una unidad unitaria. En esta modalidad, una primera pared lateral 155 y una segunda pared lateral 160 de un segundo miembro de alteración de flujo 150 se acopla a una primera pared lateral 190 y una segunda pared lateral 195 de un primer miembro de alteración. En esta modalidad, el miembro de alteración de flujo individual 150 puede acoplarse conjuntamente, o puede formarse una unidad unitaria con múltiples características de alteración de flujo a partir de una sola pieza de material, o cualquier combinación entre ellas.

A través del transporte del medio de intercambio de calor a través del miembro tubular cilindrico 105, el calor contenido dentro del medio de intercambio de calor es transferido al material que comprende el miembro tubular cilindrico 105. El calor absorbido mediante el miembro tubular cilindrico 105 entonces es transferido al ambiente fuera del miembro tubular cilindrico 105. Aunque no pretende ser limitante, el medio de intercambio de calor común conocido en la técnica que incluye varios refrigerantes (es decir; R-134A, R-410A) , amonio, gases, agua, aceites, y varias mezclas de químicos.

Como se explicó previamente, un primer medio de intercambio de calor puede fluir dentro del miembro tubular cilindrico 105 y un segundo medio de intercambio de calor puede fluir sobre el exterior del miembro tubular cilindrico 105. El primer medio de intercambio de calor puede ser un medio de intercambio de calor conocido en la técnica, tal como varios refrigerantes (es decir; R-134A, RE-410A) , amonio, gases, agua, aceites, y varias mezclas de químicos. El segundo medio de intercambio de calor también pueden ser varios refrigerantes (es decir; R-134A, R-410A) , amonio, gases, agua, aceites, y varias mezclas de químicos. Cuando se utiliza más de un medio de intercambio de calor, puede absorberse calor desde el primer medio de intercambio de calor mediante el segundo medio de intercambio de calor, o viceversa .

Al hacer referencia a la Figura 1C y Figura 6E, la estructura tubular 15, 110 en las modalidades ilustradas, es hueco y circular. En otras modalidades, la estructura tubular puede ser hueca pero no circular, tal como un óvalo, forma rectangular, u otras formas geométricas.

Al hacer referencia a la Figura 2E, en la modalidad ilustrada, el ensamble de cámara 20 es hueco y de forma cilindrica. En otras modalidades, el ensamble de cámara 20 puede ser hueco, pero de forma no cilindrica, tal como cilindros ovalados o una forma de caja, por ejemplo.

La estructura tubular 15, 110 y el ensamble de cámara 20, 125, 126 pueden estar hechos de aluminio, ya sea con revestimiento o sin revestimiento. La estructura tubular y el ensamble de cámara también pueden estar hechos de acero inoxidable, cobre, u otro material ferroso o no ferroso. La estructura tubular y ensamble de cámara también pueden ser de un material de plástico u otros materiales compuestos. De forma similar, el miembro de alteración de flujo también puede estar hecho de aluminio, ya sea con revestimiento o sin revestimiento. El miembro de alteración de flujo también puede estar hecho de acero inoxidable, cobre u otros materiales ferrosos o no ferrosos. El miembro de alteración de flujo también puede ser de un material de plástico u otros materiales compuestos. También, una modalidad de la presente invención permite que la estructura tubular y el ensamble de cámara estén hechos de diferente material entre sí. Adicionalmente , puede utilizarse un material de empaque para sellar entre la estructura tubular y el ensamble de cámara.

La estructura tubular puede estar hecha de tubo uniforme, utilizando un proceso de extrusión. La estructura tubular también puede estar hecha de un tubo con uniones, utilizando sondeo ultrasónico, proceso de laminado, u otros medios mecánicos o métodos de fundición.

Son posibles muchas modificaciones y variaciones de la presente invención en vista de las enseñanzas anteriores. Por ejemplo, las varias modalidades de los miembros de alteración de flujo pueden utilizarse en conjunto con estructuras tubulares diferentes en las combinaciones descritas anteriormente e ilustradas en las figuras. Por lo tanto, dentro del alcance de las reivindicaciones anexas, la presente invención puede practicarse diferente a lo descrito específicamente .

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (14)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Un intercambiador de calor que tiene al menos un miembro tubular cilindrico, caracterizado porque el miembro tubular cilindrico incluye: una estructura tubular con una entrada en un extremo y una salida en el otro extremo y que tiene una pluralidad de orificios de entrada y orificios de salida, la pluralidad de orificios de entrada y de salida está espaciada a lo largo de lados respectivos de la estructura tubular de manera que para cada orificio de entrada haya un orificio de salida complementado dispuesto sobre el lado generalmente opuesto de la estructura tubular; una pluralidad de ensambles de cámara fijados a la superficie exterior de la estructura tubular, cada ensamble de cámara tiene primera y segunda paredes generalmente planas, la primera y segunda paredes planas tienen un orificio a través del cual se dispone la estructura tubular para definir al menos parcialmente una cámara generalmente cilindrica externa a y que rodea la estructura tubular, cada ensamble de cámara es colocado sobre la estructura tubular de manera que su cámara está en comunicación fluida con un par correspondiente de orificio de entrada, orificio salida; y una pluralidad de miembros de alteración de flujo dispuestos dentro de la estructura tubular, cada miembro de alteración de flujo tiene un primer lado que tiene una superficie angulada orientada a un orificio de entrada correspondiente y un segundo lado que tiene una superficie angulada orientada al orificio de salida complementado con el orificio de entrada correspondiente.

2. El intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque cada ensamble de cámara además incluye una pared lateral que une la primera pared plana a la segunda pared plana para definir además la cámara generalmente cilindrica.

3. Un intercambiador de calor que tiene al menos un miembro tubular cilindrico, caracterizado porque el miembro tubular cilindrico incluye: una estructura tubular con una entrada en un extremo y una salida en el otro extremo y que tiene una pluralidad de orificios de entrada y orificios de salida, la pluralidad de orificios de entrada y de salida está espaciada lo largo de lados respectivos de la estructura tubular de manera que para cada orificio de entrada exista un orificio de salida complementado dispuesto sobre el lado generalmente opuesto de la estructura tubular; una pluralidad de ensambles de cámara generalmente semicilíndricos fijados a la superficie exterior de la estructura tubular, cada ensamble de cámara tiene primera y segunda paredes generalmente planas, la primera y segunda paredes planas rodean una porción de la estructura tubular para definir al menos parcialmente una cámara generalmente semicilíndrica externa a y que rodea parcialmente la estructura tubular, un primer grupo de ensambles de cámara colocado sobre la superficie tubular de manera que cada una de sus cámaras respectivas esté en comunicación fluida con un par correspondientemente de orificio de entrada, orificio de salida y un segundo grupo de ensambles de cámara está colocado sobre la superficie tubular de manera que cada una de sus cámaras respectivas está en comunicación fluida con un par correspondiente de orificio de entrada, orificio de salida, los ensambles de cámara en el primer y segundo grupos están espaciados a lo largo de la estructura tubular de manera que para cada ensamble de cámara en el primer grupo, existe un ensamble de cámara asociado en el segundo grupo que está dispuesto sobre el lado generalmente opuesto de la estructura tubular; y una pluralidad de miembros de alteración de flujo dispuestos dentro de la estructura tubular, cada miembro de alteración de flujo tiene un primer lado que tiene una superficie angulada orientada a dos orificios de entrada correspondientes y un segundo lado que tiene una superficie angulada orientada a los dos orificios de salida respectivamente complementados con los dos orificios de entrada correspondientes .

4. El intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque cada ensamble de cámara además incluye una pared lateral que une la primera pared plana a la segunda pared plana para definir además la cámara generalmente semicilíndrica respectiva.

5. Un intercambiador de calor que tiene al menos un miembro tubular cilindrico, caracterizado porque el miembro tubular cilindrico incluye: una estructura tubular con una entrada en un extremo y una salida en el otro extremo y que tiene una pluralidad de orificios de entrada y orificios de salida, la pluralidad de orificios de entrada y de salida está espaciada a lo largo de lados respectivos de la estructura tubular de manera que para cada orificio de entrada exista un orificio de salida complementado dispuesto sobre el lado generalmente opuesto de la estructura tubular; una pluralidad de ensambles de cámara generalmente semicilíndricos fijados a la superficie exterior de la estructura tubular, cada ensamble de cámara tiene primera y segunda paredes generalmente planas, la primera y segunda paredes planas rodean una porción de la estructura tubular para definir al menos parcialmente una cámara generalmente semicilíndrica externa a y que rodea parcialmente la estructura tubular, cada ensamble de cámara está colocado sobre la estructura tubular de manera que su cámara está en comunicación fluida con un par correspondiente de orificio de entrada, orificio de salida; y una pluralidad de miembros de alteración de flujo dispuestos dentro de la estructura tubular, cada miembro de alteración de flujo tiene un primer lado, que tiene una superficie angulada orientada a un orificio de entrada correspondiente y un segundo lado que tiene una superficie angulada orientada al orificio de salida respectivamente complementado con el orificio de entrada correspondiente.

6. El intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque cada ensamble de cámara además incluye una pared lateral que une la primera pared plana a la segunda pared plana para definir además la cámara generalmente semicilíndrica respectiva.

7. El intercambiador de calor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizado porque además incluye secciones tubulares que rodean la estructura tubular entre ensambles de cámara consecutivos para interconecta los ensambles de cámara consecutivos.

8. El intercambiador de calor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, caracterizado porque además incluye miembros de fijación de interconectan miembros de alteración de flujo adyacentes.

9. El intercambiador de calor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, caracterizado porque cada miembro de alteración de flujo tiene una primera pared lateral y una segunda pared lateral que junto con el primer lado del miembro de alteración de flujo definen un primer canal dispuesto en comunicación fluida con un orificio de entrada .

10. El intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque cada miembro de alteración de flujo tiene una tercera pared lateral y cuarta pared lateral que junto con el segundo lado del miembro de alteración de flujo definen un segundo canal dispuesto en comunicación fluida con un orificio de salida.

11. El intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque la primera pared lateral se acopla con la tercera pared lateral, y la segunda pared lateral se acopla con la cuarta pared lateral para mantener una relación espaciada entre miembros de alteración de flujo adyacentes.

12. El intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque cada miembro de alteración de flujo incluye una primera pared base y una segunda pared base, la primera pared base está dispuesta entre la primera pared lateral y la segunda pared lateral para además definir el primer canal, y la segunda pared base está dispuesta entre la tercera pared lateral y la cuarta pared lateral para además definir el segundo canal.

13. El intercambiador de calor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque incluye una pluralidad de los miembros tubulares cilindricos dispuestos entre un primer colector y un segundo colector, con la entrada de cada estructura tubular que está en comunicación fluida con cualquiera del primer colector o el segundo colector, y la salida de cada estructura tubular está en comunicación fluida con cualquiera del primer colector o el segundo colector.

14. El intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el primer colector y el segundo colector están unidos mediante un recipiente en el cual se dispone la pluralidad de miembros tubulares cilindricos .