INTERCAMBIADOS. TÉRMICO CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se relaciona con intercambiadores térmicos generalmente, y más particularmente, con un íntercambiador térmico que puede servir como un calentador de agua y un enfriador de gas ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La capa de ozono y/o los problemas de calentamiento global han enfocado considerable atención a la naturaleza de refrigerantes empleados en sistemas de refrigeración de varias clases. Algunos de estos sistemas, particularmente aquellos que no tienen unidades de compresor selladas como se encuentran comúnmente en sistemas de acondicionamiento de aire vehicular, están propensos a fuga de refrigerante. Los refrigerantes más antiguos, HFC 12, por ejemplo, se piensa que ocasiona agotamiento de la capa de ozono mientras que muchas de las reposiciones, HCFC 134a, por ejemplo, se cree que contribuyen al llamado "efecto invernadero" y de esta manera al calentamiento global . Como consecuencia, un esfuerzo considerable está en camino a desarrollar sistemas de refrigeración que emplean refrigerantes transcríticos tales como dióxido de carbono. El dióxido de carbono es abundante en la atmósfera y se puede obtener de la misma por técnicas convencionales y emplearse como un refrigerante en dichos sistemas. En caso de que los sistemas fuguen el refrigerante de C02, debido a que se obtuvo originalmente de la atmósfera, no hay aumento neto del refrigerante en la atmósfera, y de esta manera ningún aumento en daño ambiental como resultado de la fuga. Los sistemas de refrigeración transcríticos, tales como sistemas de C02, operan a presiones relativamente elevadas y requieren, en lugar de un ondenador en un sistema de ref igeración de compresión de vapor convencional, un enfriador de gas para el refrigerante. El calor rechazado por el enfriador de gas so puede emplear para diversos propósitos útiles y uno de estos usos es para calentar agua potable para usos residencial, comercial, o industrial. La presente' invención está principalmente dirigida a proporcionar una combinación de calentador de agua y enfriador de gas . COMPENDIO DE LA INVENCIÓN El objeto principal de la invención es proporcionar un intercambiador térmico nuevo y mejorado. Más específicamente, un objeto de la invención es proporcionar nn intercambiador térmico nuevo y mejorado que se puede usar con eficacia en un sistema de refrigeración para -enfriar refrigerante gaseoso mientras que calienta agua potable. Una modalidad de ejemplo de la invención logra el objeto anterior en un intercambiador térmico pretendido para uso como un calentador de agua/enfriador de gas que incluye primero y segundo colectores de agua tubulares, espaciados, generalmente paralelos. Una pluralidad de tubos de agua se extienden en relación espaciada generalmente paralela entre los colectores de agua y están en comunicación de fluido con los mismos. Se proporciona una entrada de agua en uno de los colectores de agua y se proporciona una salida de agua en uno de los colectores de agua. Una pluralidad de tubos de gas, cuando menos uno para cada tubo de agua, están enrollados helicoidalmente alrededor de los correspondientes de los tubos de agua en contacto que facilita la transferencia térmica con los mismos y cada tubo de gas tiene extremos opuestos. Primero y segundo colectores de gas espaciados, generalmente paralelos están conectados en comunicación de fluido con los respectivos de los extremos opuestos de los tubos de gas y se proporciona una entrada de gas en uno de los colectores de gas y se proporciona una salida de gas en el otro de los colectores. En una modalidad preferida, hay cuando menos una salida adicional en uno de los colectores de agua.
Una modalidad preferida también contempla que puede haber cuando menos un tabique de desviación, en por lo menos uno de los colectores de agua. En una modalidad de la invención, un alambre de turbulencia no recto está dispuesto en los tubos de agua.
Más preferentemente, el alambre de turbulencia es un alambre configurado helicoidal o espiralmente. Una modalidad de la invención contempla que los tubos de agua sean generalmente rectos y los colectores de agua estén alejados uno del otro. En otra modalidad de la invención, los tubos de agua están doblados para llevar los colectores de agua hacia proximidad entre si. Una modalidad de la invención contempla que los tubos se formen de un metal seleccionado del grupo que consiste en cobre y acero inoxidable. En una modalidad de la invención, el interior de los tubos de agua está ranurado. Una modalidad de la invención contempla que los exteriores de los tubos de agua tengan ranuras helicoidales y que los tubos de gas estén enrollados en las ranuras. En una modalidad preferida, cada tubo de gas incluye un diámetro interior en la escala de alrededor de 1.02 MI ¡0.04") a 2.54 mm (0.10") y está enrollado helicoidalmente a un paso en la escala de alrededor de 5.08 mm (0.20") a 5.08 cm (2") . En una modalidad altamente preferida, el diámetro interior de los tubos de gas es aproximadamente 2,03 mm (0.08") y el paso es aproximadamente 7.62 mm (0.30"). Una modalidad preferida de la invención contempla que los tubos de agua tengan un diámetro interior en la escala de alrededor de 2.54 mm (0.10") a 12.70 mm (0.50") . De conformidad con la modalidad mencionada inmediatamente arriba, los tubos de agua incluyen un medio de turbulencia de alambre de resorte interno helicoidal que tiene un diámetro en la escala de alrededor de 0.76 mm (0.03") a 2.03 mm (0.08") y un paso en la escala de aproximadamente 5.08 mm (0.20") a 25.4 mm (1.0") y el diámetro interno de tubo de agua está en la escala de alrededor de 2.54 mm (0.10") a alrededor de 10.16 mm
(0.40") . En esta modalidad, se prefiere que los tubos de agua sean de paredes lisas. En otra modalidad de la invención, los tubos de agua tienen cada uno, una ranura helicoidal en la que uno correspondiente de los tubos de gas es recibido apretadamente en cada ranura helicoidal tiene un paso en la escala de alrededor de 5.08 mm (0.20") a 5.08 cm (2.0"). Más preferentemente, el diámetro interno de esta modalidad de los tubos de agua está en la escala de alrededor de 3.56 mm (0.14") a 12.70 mm (0.50") e incluye una superficie de pared interna ranurada. Otros objetos y ventajas se harán evidentes de la siguiente especificación tomada en conexión con los dibujos que se acompañan. DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista en perspectiva de una modalidad de ?? intercambiador térmico hecho de conformidad con la invención, La Figura 2 es una elevación lateral de una modalidad alternativa; La Figura 3 es una vista f agmentaria, amplificada de un tubo de agua empleado en una modalidad de la invención; La Figura 4 es una vista fragmentaria de un tubo de agua empleado en otra modalidad de la invención. La Figura 5 es una vista en sección de todavía otra modalidad de la invención, y específicamente el tubo de gua en relación con el tubo de gas en dicha modalidad; y La Figura 6 es una vista en perspectiva de otra modalidad de un intercambiador térmico hecho de conformidad con la invención. DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS La presente invención se describirá como siendo útil en el ambiente de un sistema de refrigeración que " emplea un refrigerante transcritico tal como C07. Sin embargo, se debe entender que el intercambiador térmico se puede usar en otras aplicaciones de intercambio térmico que no involucren refrigeración y/o calentamiento de agua y puede encontrar uso en sistemas de refrigeración que utilizan ref igerantes no transcriticos y/o convencionales. Consecuentemente, no se pretende limitación a un calentador de agua/enfriador de gas en un sistema de refrigeración transcritico, excepto en tanto se manifieste expresamente en las reivindicaciones anexas. Haciendo referencia a la Figura 1, un intercambiador térmico hecho de conformidad con la invención incluye un par de colectores 10 y 12 tubulares, cilindricos, espaciados, que están generalmente paralelos entre si. Tubos 14 de agua cilindricos, de diámetro menor se extienden entre los colectores 10, 12 y están en comunicación de finido con el interior de los mismos . En la modalidad ilustrada en la Figura 1, el colector 10 tiene una entrada en un extremo 16 con el extremo 18 opuesto estando taponado por cualquier medio apropiado. El colector 12 incluye una salida 20 con el extremo 22 opuesto estando apropiadamente taponado. Sin embargo, una llamada unidad de múltiples pasos se puede utilizar en donde tanto la entrada 1 como la salida 20 están en el mismo colector 10 o 12 con el pasaje de agua a través de los tubos 14 siendo ocasionado que ocurra en una forma en serie como mediante el uso convencional de tabiques 24 y 26 de desviación interior, respectivamente, en los colectores 10, 12, como se muestra en la Figura 1. Sin embargo, se debe observar específicamente que cualquiera o ambos de los tabiques 24 y 26 de desviación son puramente opcionales y si se desea, el flujo a través de cada uno de los tubos 13 podría ser en ima forma hidráulicamente paralela o, en algunos casos, podría ser una combinación " de flujo hidráulicamente paralelo e hidráulicamente en serie, como se desee. Independientemente del patrón de flujo particular usado, la invención contempla que uno o ambos de los colectores 10 y 12 se puede proporcionar con cuando menos una salida además de la salida 20 del colector 12. De esta manera, un conducto 28 de salida está colocado en el colector 10 entre el tabique 24 de desviación y el extremo 18 mientras que un conducto 30 de salida similar está colocado en el colector 12 entre el tabique 26 de desviación y la salida 20. Las salidas adicionales proporcionan un medio mediante el cual el agua que fluye a través de los tubos 14 puede salir a un punto de uso a diferentes temperaturas. Por ejemplo, cuando los tabiques 24 y 26 de desviación están presentes, el agua que pasa a la salida 30 pasará a través de todos los tres tramos de los tubos 14 ilustrados y de esta manera estará más sujeta a calentamiento que el agua que pasa a la salida 28 que solamente pasa a través de dos de los tubos 14 que, a su vez, estará más caliente que el agua que pasa fuera de la salida 20 que ha pasado a través de solamente uno de los tubos 14. El calentamiento del agua en los tubos 14 se obtiene envolviendo un tubo 32 cilindrico de diámetro menor que los tubos 14 alrededor de cada uno de los tubos 14. Cada uno de los tubos 32 helicoidales se envuelve apretadamente alrededor del tubo 14 correspondiente para estar en buen contacto de transferencia térmica con el miemo y da preferencia, estará metalúrgicamente ligado al tubo 4 de agua asociado mediante cobresoldadura o soldadura. Los tubos 32 son tubos de gas con extremos 34 y 36 opuestos adyacentes, respectivamente, a los colectores 10 y 12. los extremos 34 se extienden y están en eemunicación de fluido con un colector 40 de gas mientras que los extremos 36 se extienden a y están en comunicación de fluido con el interior de un segundo colector 42 de gas que está separado de y paralelo al colector 40. El colector 40 está tapado en un extremo 44 y de esta manera, el extremo 46 opuesto proporciona una salida de gas en donde el flujo a contra corriente se desea en el caso en donde se omiten los tabiques 24 y 26 de desviación. El colector 42 de gas tiene un extremo 46 abierto que sirve como una entrada y un extremo 48 tapado. En la modalidad ilustrada en la Figura 1, los tubos 14 de agua son tubos rectos. Sin embargo, en algunos casos, por razones espaciales, los tubos 14 pueden estar deb2adcc intermedio a sus extremos para ser, por ejemplo de forma de ü como se ilustra en la Figura 2 para llevar los colectores 10 y 12 hacia proximidad uno al otro. La Figura 3 ilustra una construcción preferida para los tubos 14 de agua. Un medio 50 de turbulencia de alambre de resorte se extiende generalmente en la longitud do czda uno de los tubos 4. El medio 50 de turbulencia de alambre de resorte es básicamente una hélice de alambre con convoluciones espaciadas e induce turbulencia en el agua que fluye dentro de los tubos 14 de agua que, a su vez, mejorarán la transferencia térmica. Como una alternativa al uso de un medio de turbulencia tal como el medio 50 de turbulencia de alambre de resorte, la pared interna de los tubos 14 de agua pueden estar provistos con una mejora de transferencia térmica convencional en la forma de múltiples ranuras 52 pequeñas formadas en el interior de la pared de tubo. Esta modalidad se ilustra en la Figura 4. En algunos casos, en donde se desea transferencia térmica mejorada entre los tubos 32 de gas y los tubos 14 de agua, los últimos se proporcionan con un patrón de hélice de ranuras 54 que reciben convoluciones co res ondientes de la parte helicoidal de cada uno de los tubos 32 de gas como se muestra en la Figura 5.
Nuevamente, se prefiere que los tubos 32 de gas estén metalúrgicamente ligados a los tubos 14 de agua dentro de las ranuras 54. la modalidad de la invención mostrada en la Figura 5 contempla que ambos, los tubos 14 de agua y los tubos 32 de gas tengan una sección transversal básicamente circular y como consecuencia, se observará que casi 180° de la periferia de cada convolución del tubo 32 de gas estará en contacto con la superficie de pared exterior del tubo 14 de agua correspondiente, llevando al máximo de esta manera el área sobre la que puede ocurrir la transferencia térmica. En general, los tubos 14 de agua pueden ser de tres tipos. En la modalidad mostrada en la Figura 1, un tubo de pared lisa (ambas superficies de pared interna y externa son lisas) con el medio 50 de turbulencia de recorto interno se' emplea. El tubo 14 típicamente tendrá un diámetro interior en la escala de alrededor de 2.54 mm (0.10") a 10.16 mm (0.40"). El medio 50 de turbulencia de alambre de resorte helicoidalmente formado tendrá un diámetro de 0.76 mm (0.03") a 2.03 mm (0.08"). El paso de las convoIliciones del medio 50 de turbulencia estará en la escala de 5.08 mm (0.20") a 2.54 cm (1"). Cuando se emplean tubos de agua tales como el mostrado en la Figura 5, se emplean las mismas dimensiones y pueden incluir el medio 50 de turbulencia de resorte aún cuando el mismo no se ilustra en la Figura 5. Cuando se usa la modalidad ilustrada en la Figura 4 para los tubos 14 de agua, el tubo 14 tiene una pared exterior lisa y un diámetro interior en la escala de 3.56 mm (0.14") a 12.7 mm (0.50"). Los tubos 12 de gas son de preferencia de pared lica (ambas superficies de pared interna y externa son lisas) con un diámetro interior de 1.02 mm (0.04") a 2.54 mm (0.10"). El paso de la sección helicoidal de los tubos 32 de gas está en la escala de 5.08 mm (0.20") a 5.08 cm (2.0"). Desde luego, en la modalidad de la Figura 5, el paso de las ranuras 54 en el tubo 14 será el mismo que el paso de la parte helicoidalmente enrollada de los tubos 32 de gas. En un ejemplo de un intercambiador térmico hecho de conformidad con la invención y usado como calentador de agua/enfriador de C02, para una temperatura de agua entrante de 10°C (50°F) y una temperatura de C02 entrante de 121°C (250°F) y a una presión de 112.48 kg/cm2 absoluta (1600 psia), se puede obtener una efectividad de transferencia térmica de 95% con una construcción que emplea un tubo 14 de agua que tiene un diámetro interior de 4.83 nrai (0.19"), un diámetro de medio de turbulencia de alambre de resorte de 1.30 mm (0.51"), un paso de medio de turbulencia de alambre de resorte de 6.35 mm (0.25") con el agua entrando a un número Reynolds de aproximadamente 1, 000. El tubo de gas o tubo 32 de C02 tendrá un diámetro interior de 2.03 mm (0.08") y un paso de 7.62 mm (0.30"). El flujo de C02 que entra a los tubos 32 debe estar a un número Reynolds de aproximadamente 130,000. Se observará que aún cuando las modalidades arriba discutidas describen una disposición preferida en donde hay una correspondencia de uno a uno entre los tubos 32 de gas y los tubos 14 de agua, en algunas aplicaciones puede ser deseable tener uno o más de los tubos 32 de gas helicoidalmente enrollados alrededor de cada uno de los tubos 14 de agua. Esto puede ser deseable, por ejemplo, cuando so desea una caída de presión inferior .para el flujo de gas a través de los tubos 32 de gas y/o una cantidad aumentada de flujo de gas se requiere a través de los tubos 32 de gas para mejorar el funcionamiento del calentador de agua/enfriador de gas. ün ejemplo de esta construcción se muestra en la Figura 6 en donde hay dos de los tubos 32 de gas para cada uno de los tubos 14 de agua, con el segundo juego de tubos 32 de gas mostrados en lineas de guiones para propósitos de claridad. En todos los otros aspectos, el intercambiador térmico de la Figura 6 es idéntico al intercambiador de la Figura 1 como se describió arriba. Se debe entender que dicha construcción se puede aplicar a cualquiera de las modalidades arriba descritas, ta como por ejemplo, la modalidad mostrada en la Figura 2, en donde uno o más tubos 32 de gas adicionales se pueden enrollar alrededor del tubo 14 de agua. De lo que antecede, se apreciará que un diseño relativamente sencillo de un intercambiador térmico se proporciona que permite el ensamblado mediante cobresoldadura y/o soldadura. El espesor de pared de los tubos 32 de gas dependerá de la presión que deben soportar para cualquier diámetro interior determinado en las escalas especificadas . La fijación apropiada se puede cobresoldar o soldar fácilmente a los extremos de los tubos colectores que dan servicio como entradas y/o salidas asi como a las salidas adicionales proporcionadas. Como consecuencia, el agua potable calentada se puede suministrar fácilmente de manera relativamente económica capturando el calor que de ordinario se rechazarla del gas caliente y utilizando el mismo para calentar agua. El uso de varias salidas en diferentes ubicaciones permite que la temperatura de agua deseada se seleccione sin afectar los parámetros de operación en el lado de gas del sistema.