MXPA99010282A - Intercambiador de calor - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un intercambiador de calor que comprende una pluralidad de tubos planos el intercambio de calor entre un primer fluido al interior de los tubos y un segundo fluido que fluye al exterior de los tubos, un par de colectores huecos conectados a los extremos de los tubos planos, se proporcionan una entrada y una salida en los colectores para introducir el primer fluido a los tubos y descargarlo del mismo, cada colector estácompuesto de por lo menos dos tubos paralelos con secciones transversales circulares, dos tubos adyacentes que tienen porciones de pared comunes y todos los tubos en cada colector constituyen un arreglo de tubos sustancialmente plano, caracterizado porque una diversidad de agujeros , cada uno con una dimensión correspondiente a la sección transversal del tubo plano se realizan en la superficie plana de cada colector y porque los extremos de los tubos planos son solamente insertados a los tubos circulares de tal manera que se dejan pasajes de comunicación entre los tubos paralelos que constituyen el colector.

Description

INTERCAMBIADOR DE CALOR Descripción da la invención La invención es concerniente con un intercambiador de calor que comprende una pluralidad de tubos planos para el intercambio de calor entre un primer fluido al interior de los tubos y un segundo fluido que fluye al exterior de los tubos, un par de colectores huecos unidos a los respectivos extremos de los tubos planos, una entrada y una salida provistas en los colectores para introducir el primer fluido a los tubos planos y descargarlo del mismo, cada colector está compuesto de por lo menos dos tubos paralelos con secciones transversales circulares, dos tubos adyacentes que tienen porciones de pared comunes y todos los tubos de cada colector constituyen un arreglo de tubos sustancialmente plano. Tal intercambiador de calor es conocido del documento EP-A-0 608 439. En los intercambiadores de calor convencionales, tal como por ejemplo el descrito en el documento EP-A-0 359 358, el colector consiste de un tubo con sección transversal circular. Estos tubos se han provisto con agujeros con una forma correspondiente con la sección transversal de los tubos de transferencia de calor para aceptar los extremos de los tubos. Este diseño prueba ser muy satisfactorio con las presiones tradicionales utilizadas en este tipo de REF. 31900 intercambiador de calor. Comúnmente en el lado de baja presión se ha utilizado una presión de 2.5-6 bars, mientras que en el lado de alta presión se han utilizado presiones de entre 15 y 30 bars. Con la introducción de presiones más altas, el espesor de pared del colector tiene que ser incrementado. Esto es especialmente cierto para intercambiadores de calor que utilizan C02 a alta presión, en donde la baja presión es de entre 35 - 80 bars y la alta presión de entre 80 y 170 bars. Este incremento en tamaño de los colectores ha dado como resultado intercambiadores de calor con gran tamaño y peso, lo que constituye especialmente una desventaja en el intercambiador de calor a ser utilizado en equipo móvil tales como carros de pasajeros y los semejantes. El problema con respecto a la resistencia del colector se ha superado al construir el colector como se describe en el documento EP-A-0 608 439. En este colector se han proporcionado una diversidad de tubos paralelos en comunicación con una diversidad de tubos de intercambio de calor. Un flujo paralelo se presenta entre los diferentes tubos del colector y los diferentes tubos de intercambio de calor. Una desventaja de este sistema es que las caídas de presión y por consiguiente las configuraciones de flujo en las diferentes trayectorias de flujo disponibles son todas diferentes. Esto conduce a pérdidas adicionales en la presión y a irregularidades en el flujo, lo que influencia negativamente el intercambio de calor. Es por consiguiente un objeto de la invención proporcionar un intercambiador de calor que no muestre las desventajas mencionadas anteriormente. Estos y otros objetos se obtienen en que una diversidad de agujeros, cada uno con una dimensión correspondiente a las secciones transversales del tubo plano, se realizan en la superficie plana de cada colector y porque los extremos de los tubos planos son solamente insertados a los tubos circulares, de tal manera que se deja un pasaje de comunicación entre los tubos paralelos que constituyen el colector. De esta manera se hace posible asegurar un flujo cruzado entre los diferentes tubos planos, mediante lo cual la presión entre las diferentes trayectorias de flujo es igualada o compensada, así como también la configuración de flujo. La figura 1 es una vista esquemática de un intercambiador de calor de acuerdo con la invención, La figura 2 es una vista en sección transversal de acuerdo con la línea II-II del colector mostrado en la figura 1, La figura 3 es una vista frontal del colector usado en el intercambiador de calor de la figura 1, La figura 4 es una vista lateral del colector de la figura 3 y La figura 5 es una vista frontal del colector en una escala ampliada de acuerdo con la figura 3, que muestra un agujero en más detalle. Con referencia a las figuras 1 a 4, el intercambiador de calor ilustrado incluye una pluralidad de tubos 1 de transferencia de calor planos apilados en aletas paralelas y corrugadas 2 emparedadas entre los tubos planos 1. Los extremos la de los tubos 1 son unidos a los colectores 3 y 4. Cada tubo de transferencia de calor puede ser elaborado de aluminio extruido, que tiene una configuración plana. Alternativamente, los tubos planos pueden ser tubos planos de múltiples perforaciones, llamados comúnmente tubos de múltiples orificios o de otra manera se pueden usar tubos soldados eléctricamente. Los tubos de múltiples orificios pueden ser elaborados mediante extrusión, pero de otra manera es posible elaborar tales tubos mediante laminación a partir de lámina revestida, doblado y soldadura. Además, es posible usar un tubo soldado con un deflector insertado. En la modalidad mostrada, cada aleta corrugada 2 taere un ancho aproximadamente similar a aquel del tubo plano 1, pero otros anchos pueden ser usados también. Las aletas 2 y los tubos planos 1 son soldados entre sí. Los colectores 3, 4 se fabrican de tubos de aluminio con agujeros 5 de la misma forma como la sección transversal de los tubos 1 de transferencia de calor para aceptar los extremos la de los tubos. Los agujeros 5 también se pueden hacer a la medida, por ejemplo cónicos, para permitir un acceso más fácil para los tubos planos . Los extremos la de los tubos insertados son soldados en los agujeros 5. Como se muestra en la figura 1, los colectores 3 y 4 son conectados a un múltiple 6 de entrada y un múltiple 7 de salida respectivamente. El múltiple de entrada 6 permite que un fluido de intercambio de calor entre al colector 3 y el múltiple de salida 7 permite que el fluido de intercambio de calor se descargue. Los colectores 3 y 4 son cerrados con tapas o tapones 8 y 9 respectivamente. Los números de referencia 13 y 14 denotan las placas laterales unidas a las aletas corrugadas más externas 2. El colector 3 tiene su espacio interno dividido mediante un deflector 10 en dos secciones y el colector 4 es dividido en dos secciones por un deflector 11. De esta manera se proporciona una trayectoria media que empieza del colector 3, pasa a través de un primer conjunto de tubos 1, a través de parte del colector 4, pasa a través de un segundo conjunto de tubos 1 al colector 3 y que pasa a través de un tercer conjunto de tubos 1 al colector 4 y que sale de la unidad de intercambiador de calor a través de la salida 7. Es claro que estos colectores sin deflectores son posibles y de otra manera colectores con más de un deflector por colector pueden ser aplicados también. El fluido de intercambio de calor fluye en configuraciones en zigzag a través de la unidad de intercambiador de calor. Los colectores 3 y 4 son básicamente idénticos y en las figuras 2 - 4 se muestra un ejemplo de un colector 3 en más detalle. El colector 3 consiste en efecto de un tubo extruido de múltiples orificios y en el ejemplo mostrado cuatro canales 16, 17, 18 y 19 están presentes. Sin embargo es claro que cualquier número de canales pueden estar presentes. Se puede ver que el colector 3 consiste de una diversidad de tubos, cada uno forma uno de los canales 16, 17, 18 y 19 y que tienen porciones de pared 20, 21 y 22 que son comunes a dos de estos tubos. De esta manera la porción de pared 20 es común para los tubos que forman los canales 16 y 17, la porción de pared 21 para los tubos que forman los canales 17 y 18 y la porción de pared 22 para los tubos que forman los canales 18 y 19. Las porciones de pared 24 y 25 de los tubos que son más o menos perpendiculares a las porciones de pared comunes 20, 21 y 22 están sustancialmente en un plano y mediante esto forman una superficie sustancialmente plana.

Como se muestra más claramente en las figuras 3 y 4, la porción de pared 24 del colector 3 es provista con una diversidad de agujeros 5. Estos agujeros 5 tienen una sección transversal que corresponde sustancialmente a las dimensiones externas y forma de la sección transversal de los tubos planos 1. Estos agujeros pueden ser obtenidos por medio de serraciones o cortes. Como se muestra en la figura 2, estos agujeros se extienden a una profundidad definida que llega a las porciones de pared comunes 20, 21 y 22 en donde terminan en una superficie plana común 31. Las porciones la del extremo de los tubos 1 pueden ser insertadas a aquella profundidad a los tubos 5 y pueden ser conectados al colector 3 mediante uno de los métodos comúnmente conocidos tales como soldadura. De esta manera se puede obtener una conexión fluida entre el colector 3 y los tubos individuales. De preferencia, cada agujero es elaborado con una profundidad incrementada al agregar material al colector. En el caso de que los extremos la de los tubos de un tubo de extrusión de múltiples orificios sean insertados plenamente hasta el nivel de la superficie 31 al colector 2, una diversidad de canales de este tubo de extrusión de múltiples orificios son bloqueados mediante las porciones de pared 20, 21 y 22 y no son efectivos en- -el proceso de transferencia de calor. Es posible utilizar una diversidad de tubos de extrusión de múltiples orificios que se ajusten a cada corte enfrente de la parte abierta de los canales 16, 17, 18 y 19. Como regla esto es molesto y se da preferencia a una obstrucción de los canales en el tubo 1 de transferencia de calor de múltiples orificios que están opuestos a las porciones de pared 20, 21 y 22. Alternativamente, es posible incrementar la profundidad de los agujeros 5 hasta el nivel de la superficie indicada por 32. Si los tubos son ahora insertados hasta el nivel de la superficie 31 y se fijan en aquella posición, se obtiene una conexión entre los diferentes canales 16, 17, 18 y 19 en el colector 3. Esto puede igualar o compensar la presión y configuración de flujo entre los diferentes canales . Con el fin de facilitar el montaje y como se muestra en la figura 5, es posible realizar los agujeros 5 en dos etapas. En una primera etapa, el agujero 5 es realizado en pleno ancho, esto es, el espesor de los tubos planos 1, hasta el nivel de la superficie 31. En una segunda etapa, los agujeros son elaborados más profundos en un ancho reducido, esto es aproximadamente el espesor de los tubos planos menos dos veces el espesor de pared, hasta el nivel de la superficie 32. Como se muestra en la figura 5, de esta manera se realizan una diversidad de resaltos 33 en los agujeros del colector, que permiten que los extremos la de los tubos sean insertados hasta el nivel de la superficie 31 y que sean conectados al colector, teniendo mediante esto una comunicación abierta entre los diferentes canales del colector 3 o 4 y así se permite una configuración de flujo cruzado mejor entre los canales. Los resaltos 33 tienen una longitud definida correspondiente al espesor de la pared común 20, 21 o 22 entre los diferentes canales del colector 3 o 4, como se ve en la figura 2 y 5. En el caso de conectar los tubos 1 con los colectores 3 o 4 por medio de soldadura, es posible que parte del material de soldadura fluya a la superficie del reborde 33 y al canal interno de los tubos. Con el fin de evitar esta afluencia del material de soldadura es posible reducir la longitud de los resaltos a tal extensión que solamente una porción muy pequeña del resalto 33 esté en contacto con el extremo la del tubo. Es claro que la invención no está restringida al ejemplo descrito anteriormente, sino que son posibles modificaciones en el mismo concepto inventivo que caen en el alcance de las reivindicaciones adjuntas. Más especialmente, es posible utilizar dos colectores diferentes, uno con los tubos 1 plenamente insertados y uno con los tubos 1 parcialmente insertados con el fin de tener la comunicación interna . 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 convencional para la manufactura de los objetos a que la misma se refiere.

Claims (3)

1. REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad, lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Un intercambiador de calor que comprende una pluralidad de tubos planos para el intercambio de calor entre un primer fluido al interior de los tubos y un segundo fluido que fluye al exterior de los tubos, un par de colectores huecos conectados a los extremos de los tubos planos, se proporcionan una entrada y una salida en los colectores para introducir el primer fluido a los tubos y descargarlo del mismo, cada colector está compuesto de por lo menos dos tubos paralelos con secciones transversales circulares, dos tubos adyacentes que tienen porciones de pared comunes y todos los tubos en cada colector constituyen un arreglo de tubos sustancialmente plano, caracterizado porque una diversidad de agujeros, cada uno con una dimensión correspondiente a la sección transversal del tubo plano se realizan en la superficie plana de cada colector y porque los extremos de los tubos planos son solamente insertados a los tubos circulares de tal manera que se dejan pasajes de comunicación entre los tubos paralelos que constituyen el colector.
2. 2. El intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los tubos son tubos extruidos de múltiples orificios.
3. 3. El intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque los canales en el tubo de extrusión de múltiples orificios, opuestos a una porción de pared en el colector son bloqueados.