Dispositivo y procedimiento de distribución de refrigerante.

Un dispositivo (10) de distribución de refrigerante para un colector (12) de entrada de un intercambiador

(14) de calor de múltiples tubos de un sistema (20) de refrigeración, suministrando el sistema (20) un fluido refrigerante (24) al colector (12) de entrada, teniendo el intercambiador (14) de calor de múltiples tubos uno o más colectores (26) de salida que suministran un fluido refrigerante (28) que está sustancialmente en un estado de vapor y múltiples tubos (30) en comunicación de fluido entre los colectores (12, 26) de entrada y de salida;

Incluyendo el dispositivo (10) de distribución de refrigerante un paso (32) de entrada adecuado para ser colocado, al menos parcialmente, dentro del colector (12) de entrada; y

dos o más conductos (34) de diámetro pequeño en comunicación de fluido con el paso (32) de entrada y adecuados para estar situados dentro del colector (12) de entrada;

teniendo cada conducto (34) un puerto (40) de entrada de líquido situado por debajo de una interfaz de líquido refrigerante-vapor, y una boquilla (42);

introduciendo el flujo de refrigerante en el paso (32) de entrada líquido y vapor a través de un tubo común y forzando el flujo a través de los dos o más conductos (34), de modo que los efluentes de las boquillas (42) comprenden una mezcla homogénea de refrigerante, en fases de líquido y vapor, que se extiende sustancialmente sobre toda la longitud del colector (12) de entrada para ser suministrada de manera relativamente uniforme a través de los múltiples tubos (30) a los uno o más colectores (26) de salida para la distribución eficiente del fluido refrigerante.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2005/033604.

Solicitante: LUVATA GRENADA LLC.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 3984 HIGHWAY 51 SOUTH, PO BOX 948 GRENADA, MS 38901 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: BAE,YOUNGLIB, HEIDENREICH,MICHAEL E, ABBATT,WILLIAM G.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > REFRIGERACION O ENFRIAMIENTO; SISTEMAS COMBINADOS... > MAQUINAS, INSTALACIONES O SISTEMAS FRIGORIFICOS;... > Evaporadores; Condensadores > F25B39/02 (Evaporadores)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > REFRIGERACION O ENFRIAMIENTO; SISTEMAS COMBINADOS... > MAQUINAS, INSTALACIONES O SISTEMAS FRIGORIFICOS;... > F25B15/00 (Máquinas, instalaciones o sistemas por sorción, de marcha continua, p. ej. de absorción)

PDF original: ES-2541437_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Dispositivo y procedimiento de distribución de refrigerante Antecedentes de la invención

1. Campo de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo de distribución de refrigerante y a un procedimiento para su uso en un sistema de refrigeración que tiene un compresor, un condensador, un dispositivo de expansión, y un evaporador.

2. Antecedentes

En un sistema de aire acondicionado típico, refrigerante líquido a alta presión desde un condensador entra en un dispositivo de expansión, donde se reduce la presión. El refrigerante a la salida del dispositivo de expansión consiste en una mezcla de líquido refrigerante a baja presión y vapor. Esta mezcla entra en un evaporador donde la mayor parte del líquido se convierte en vapor, mientras que el refrigerante absorbe la energía del intercambiador de calor mientras enfría el aire al espacio acondicionado. En los intercambiadores de calor de evaporador que se construyen de múltiples tubos de transferencia de calor en paralelo, la mezcla líquido refrigerante-vapor entrante típicamente entra en un colector común que alimenta múltiples tubos simultáneamente.

Debido a la gravedad y a efectos de momento, el refrigerante líquido se separa del refrigerante de vapor y se mantiene en la parte inferior del tubo. El refrigerante líquido pasará al extremo del colector de refrigerante y alimentará más líquido en los tubos en el extremo del colector de los tubos adyacentes del tubo de entrada al colector. Esto resulta en la alimentación desigual de refrigerante en los tubos de transferencia de calor del intercambiador de calor, causando menos que una utilización óptima del intercambiador de calor del evaporador.

A medida que el líquido refrigerante absorbe calor, hierve o se evapora. Si algunos tubos tienen menos líquido refrigerante que fluye a través de los mismos para hervir, algunas partes del intercambiador de calor pueden estar infrautilizadas si todo el líquido refrigerante hierve mucho antes de la salida a los tubos de transferencia de calor.

Como el evaporador de refrigerante suministra aire frío, es deseable que la distribución de temperatura en el flujo de aire emergente sea relativamente uniforme. Este objetivo se complica por el hecho de que numerosos pasos de refrigerante pueden suministrar aire frío no uniforme.

Se sabe que siendo otras cosas iguales, una fase de vapor fluye en un paso de refrigerante a lo largo del espacio superior en una tubería de distribución de refrigerante orientada horizontalmente. La fase líquida típicamente fluye en un paso de refrigerante a lo largo del menor volumen de la tubería de distribución de refrigerante. De esta manera, el flujo de refrigerante se separa convencionalmente. Este fenómeno ha complicado la tarea de distribuir fluido refrigerante uniformemente en el interior y a lo largo de los varios pasos de refrigerante de un sistema de distribución de refrigerante.

Otro factor de complicación es que cuánto más alejado esté el refrigerante desde un lado de entrada de un sistema que incluye varios pasos de evaporación del refrigerante, más difícil es que el refrigerante líquido fluya de manera uniforme. A la inversa, cuánto más cerca está el refrigerante del lado de entrada, más difícil es que el refrigerante líquido fluya. Como resultado, las características de refrigeración del aire que pasa alrededor del paso de evaporación del refrigerante próximo al lado de entrada y que pasa alrededor de los pasos distales de evaporación del refrigerante son desiguales. En consecuencia, la temperatura del aire que pasa alrededor del paso de evaporación del refrigerante en el lado de entrada difiere del que rodea los pasos distales de evaporación del refrigerante. Este fenómeno tiende a causar una distribución irregular de temperatura en el aire frío emergente.

Una búsqueda de la técnica anterior reveló las siguientes referencias: US 6.449.979; US 5.651.268; US 5.448.899; GB 2 366 359.

La patente US 6.449.979 trata sobre todo con la distribución de refrigerante en evaporadores de automoción. La idea es controlar el flujo de refrigerante hacia abajo del colector mediante el empleo de una serie de orificios progresivamente más pequeños. Véase, por ejemplo, las figuras 1 y 2.

La patente US 5.651.268 divulga un aparato para mejorar la distribución del refrigerante en evaporadores de automoción. El concepto fundamental es el de mezclar el líquido refrigerante y el vapor a la entrada del evaporador y controlar la distribución de los tubos a través de pequeños orificios que se encuentran alrededor del tubo de entrada. Véase, por ejemplo, las figuras 9 y 12.

La patente US 5.448.899 divulga un sistema que separa el refrigerante líquido del vapor a la entrada del evaporador a través de la gravedad. El vapor se canaliza a la salida del evaporador y sólo se permite que el refrigerante líquido pase a través del intercambiador de calor. Una limitación de este enfoque es que las orientaciones del intercambiador de calor sean tales que la gravedad separa el líquido y el vapor. Además, este enfoque es más adecuado para evaporadores de tipo placa y no puede funcionar eficazmente en otros tipos de evaporadores.

El documento GB 2 366 359 enseña una disposición de cuatro secciones de intercambiador de calor que controla el flujo de refrigerante de forma que equilibra la transferencia de calor de refrigerante. Sin embargo, existe una distribución no uniforme de refrigerante en cada sección que impide la utilización eficiente del intercambiador de calor.

El documento JP 56 8 599 A divulga la mejora del rendimiento de intercambio de calor mediante la mezcla de unos refrigerantes gasificados y licuados en un tanque y haciendo uniforme la distribución térmica y el flujo en la parte del intercambiador de calor.

Un gas licuado mezclado de fases gas/líquido se introduce en un tambor separador de fases gas/líquido, y el refrigerante licuado separado se lleva a un tubo de pequeño diámetro, mientras que el refrigerante gasificado se lleva a un vacío en forma de anillo en un tanque colector inferior. El refrigerante licuado fluye en un espacio en forma de anillo formado por una boquilla a una velocidad de aumento de gas de 5 m/seg o más, y entra en un tanque colector de mezcla de gas/líquido. Como no se produce ninguna oscilación del refrigerante gasificado en este momento, los refrigerantes licuados y gasificados en el tanque colector de mezcla pueden mezclarse siempre de manera uniforme.

El documento US 5 86 586 A divulga un dispositivo para la distribución de un flujo de masa de medio de refrigeración de dos fases en un evaporador de placa. El evaporador tiene un canal de distribución en el lado de entrada que puede recibir un flujo de masa de medio de refrigeración procedente de una válvula de expansión y varios canales del intercambiador mutuamente separados que se ramifican desde el canal de distribución en una dirección sustancialmente perpendicular. Para garantizar una distribución uniforme del flujo de masa de medio refrigerante entre los canales del intercambiador, un cuerpo poroso está dispuesto en el canal de distribución entre la entrada del medio de refrigeración y los puntos de ramificación de los canales del intercambiador. El cuerpo poroso está dispuesto ventajosamente en un inserto de estrangulación exterior que se extiende sobre al menos parte de la longitud del canal de distribución y en cuya pared se encuentran aberturas de estrangulación adicionales que conducen a los canales del intercambiador.

El documento JP 23 161 547 A divulga proporcionar un intercambiador de calor de tipo placa a un evaporador que mejora la eficiencia de intercambio de calor mediante la prevención de un aumento parcial de niebla de líquido... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un dispositivo (1) de distribución de refrigerante para un colector (12) de entrada de un intercambiador (14) de calor de múltiples tubos de un sistema (2) de refrigeración, suministrando el sistema (2) un fluido refrigerante (24) al colector (12) de entrada, teniendo el intercambiador (14) de calor de múltiples tubos uno o más colectores (26) de salida que suministran un fluido refrigerante (28) que está sustancialmente en un estado de vapor y múltiples tubos (3) en comunicación de fluido entre los colectores (12, 26) de entrada y de salida;

Incluyendo el dispositivo (1) de distribución de refrigerante un paso (32) de entrada adecuado para ser colocado, al menos parcialmente, dentro del colector (12) de entrada; y

dos o más conductos (34) de diámetro pequeño en comunicación de fluido con el paso (32) de entrada y adecuados para estar situados dentro del colector (12) de entrada;

teniendo cada conducto (34) un puerto (4) de entrada de líquido situado por debajo de una interfaz de liquido refrigerante-vapor, y una boquilla (42);

introduciendo el flujo de refrigerante en el paso (32) de entrada líquido y vapor a través de un tubo común y forzando el flujo a través de los dos o más conductos (34), de modo que los efluentes de las boquillas (42) comprenden una mezcla homogénea de refrigerante, en fases de líquido y vapor, que se extiende sustancialmente sobre toda la longitud del colector (12) de entrada para ser suministrada de manera relativamente uniforme a través de los múltiples tubos (3) a los uno o más colectores (26) de salida para la distribución eficiente del fluido refrigerante.

2. El dispositivo de refrigerante de la reivindicación 1, en el que los dos o más conductos (34) incluyen una tubería ascendente (35) que se extiende hacia fuera desde el paso (32) de entrada y una sección (37) helicoidal que se extiende desde la tubería (35) ascendente, rodeando la sección (37) helicoidal el paso (32) de entrada alrededor de una superficie exterior del mismo.

3. El dispositivo de distribución de refrigerante según la reivindicación 2, que incluye múltiples pares de conductos (34), en el que las boquillas (42) de los pares adyacentes están colocadas en superficies opuestas del paso (32) de entrada.

4. El dispositivo de distribución de refrigerante de la reivindicación 1, en el que el paso (32) de entrada se extiende sustancialmente a lo largo y dentro del colector de entrada (12).

5. El dispositivo de distribución de refrigerante de la reivindicación 1, en el que el paso (32) de entrada incluye una porción que se extiende hacia fuera desde el colector (12) de entrada.

6. El dispositivo de refrigerante de la reivindicación 2, en el que la sección (37) helicoidal tiene un diámetro interno D y una longitud L donde la relación de L y D es entre 25 y 1..

7. Un colector de entrada (12) para un ¡ntercambiador (14) de calor de múltiples tubos de un sistema (2) de refrigeración, teniendo el sistema (2) un dispositivo de expansión que proporciona un fluido refrigerante de dos fases al colector (12) de entrada, teniendo el intercambiador (14) de calor de múltiples tubos un colector (26) de salida que suministra un fluido refrigerante (28) que está sustancialmente en un estado de vapor; y múltiples tubos (3) en comunicación de fluido entre los colectores (12, 26) de entrada y salida, teniendo el colector (12) de entrada un dispositivo (1) de distribución de refrigerante que incluye un paso (32) de entrada situado al menos parcialmente dentro del colector (12) de entrada; y

dos o más conductos (34) de pequeño diámetro dentro del colector (12) de entrada en comunicación de fluido con el paso (32) de entrada;

teniendo cada conducto (34) un puerto (4) de entrada de líquido colocado por debajo de un interfaz de líquido refrigerante-vapor, y una boquilla (42);

introduciendo el flujo de refrigerante en el paso (32) de entrada líquido y vapor a través de un tubo común y forzando el flujo a través de los dos o más conductos (34), de modo que los efluentes de las boquillas (42) comprenden una mezcla homogénea de refrigerante, en fases de líquido y vapor, que se extiende sustancialmente sobre toda la longitud del colector (12) de entrada para ser suministrada de manera relativamente uniforme a través de los múltiples tubos (3) a los uno o más colectores (26) de salida para la distribución eficiente del fluido refrigerante.

8. Un intercambiador (14) de calor de múltiples tubos con un colector (12) de entrada y un dispositivo (1) de distribución de refrigerante para el colector (12) de entrada del intercambiador (14) de calor, teniendo el ¡ntercambiador (14) de calor de múltiples tubos uno o más colectores (26) de salida que suministran un fluido refrigerante que está sustancialmente en un estado de vapor y múltiples tubos (3) en comunicación de fluido entre los colectores (12, 26) de entrada y salida, incluyendo el dispositivo (1) de distribución de refrigerante

un paso (32) de entrada que introduce líquido y vapor a través de un tubo común y situado al menos parcialmente dentro del colector (12) de entrada; y

dos o más conductos (34) de pequeño diámetro dentro del colector (12) de entrada en comunicación de fluido con el paso (32) de entrada;

teniendo cada conducto (34) un puerto (4) de entrada de líquido situado por debajo de una interfaz de líquido refrigerante-vapor, y una boquilla (42);

el flujo de refrigerante dentro del paso (32) de entrada líquido y vapor a través de un tubo común forzando el flujo a través de los dos o más conductos (34), de modo que los efluentes de las boquillas (42) comprenden una mezcla homogénea de refrigerante, en fases de líquido y vapor, que se extiende sustancialmente sobre toda la longitud del colector (12) de entrada para ser suministrada de manera relativamente uniforme a través de los múltiples tubos (3) a los uno o más colectores (26) de salida para la distribución eficiente del fluido refrigerante.

9. Un procedimiento para proporcionar una mezcla homogénea de refrigerante para ser suministrada de manera relativamente uniforme a través de los tubos (3) de un intercambiador (14) de calor que tiene un colector (12) de entrada, comprendiendo el procedimiento las etapas de:

colocar un paso (32) de entrada situado al menos parcialmente dentro del colector (12) de entrada; y

montar dos o más conductos (34) de pequeño diámetro dentro del colector (12) de entrada en comunicación de fluido con el paso (32) de entrada;

proporcionar a cada conducto (34) que tiene un puerto (4) de entrada de líquido situado por debajo de una interfaz de líquido refrigerante-vapor, y una boquilla (42); y

introducir el flujo de refrigerante en fases de líquido y vapor a través de un tubo común en el paso (32) de entrada , forzando así el flujo a través de los dos o más conductos (34), de modo que los efluentes de las boquillas (42) comprenden una mezcla homogénea de refrigerante, en fases de líquido y vapor, que se extiende sustancialmente sobre toda la longitud del colector (12) de entrada para ser suministrada de manera relativamente uniforme a través de los múltiples tubos (3) a los uno o más colectores (26) de salida para la distribución eficiente del fluido refrigerante.

1. El dispositivo de distribución de refrigerante de la reivindicación 1, en el que los dos o más conductos (34) incluyen una tubería ascendente (35) que se extiende hacia fuera desde el paso (32) de entrada y una rama (46) axial que se extiende longitudinalmente desde la tubería (35) ascendente, incluyendo la rama (46) axial poros definidos en la misma, a través de los cuales el refrigerante se propaga en un espacio entre el paso (32) de entrada y el colector (12) de entrada.