INTERCAMBIADOR DE CALOR DEL TIPO DE ALETA DE PLACA Y TUBO.

Un intercambiador de calor del tipo aleta de placa y tubo que comprende una pluralidad de aletas (1) apiladas a intervalos dados entre sí y una pluralidad de tubos de intercambiador de calor (2) que atraviesan dichas aletas en la dirección de apilado de aleta,

diseñándose dicho intercambiador de calor para realizar una intercambio de calor mutuo entre un fluido dentro de dichos tubos del intercambiador de calor (2) y otro fluido en el exterior de dichos tubos del intercambiador de calor, a través de dichos tubos del intercambiador de calor (2) y dichas aletas (1), en el que cada una de dichas aletas está provista de una pluralidad de partes cortadas-elevadas (3), caracterizado por que las partes cortadas-elevadas que se corresponden a cada uno de dichos tubos del intercambiador de calor se disponen sustancialmente sólo dentro de una región de dicha aleta que satisface la siguiente relación, en la que Ws = 1 (1 - gamma) Dp + gammaD gamma > 0,5, Ws es una anchura de dispersión completa de dicha una o más partes cortadas-elevadas correspondientes a cada uno de dichos tubos del intercambiador de calor en una dirección de columna definida como una dirección que se extiende a lo largo de un extremo de dicha aleta en el lado aguas arriba de dicho fluido en el exterior de dichos tubos del intercambiador de calor; D es un diámetro externo de cada uno de dichos tubos del intercambiador de calor; y Dp es una inclinación de alineamiento de dichos tubos del intercambiador de calor (2) en dicha dirección de columna

Intercambiador de calor del tipo de aleta de placa y tubo.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un intercambiador de calor del tipo aleta de placa y tubo en el que se forma una aleta unida sobre la periferia externa de un tubo del intercambiador de calor con una parte cortada-elevada para proporcionar una eficacia mejorada de intercambio de calor como se define en el preámbulo de la reivindicación 1. Tal intercambiador de calor se describe, por ejemplo, en el documento JP 56-130597.

Técnica antecedente

Un intercambiador de calor del tipo aleta de placa y tubo que comprende una pluralidad de aletas apiladas mientras que deja un espacio dado entre las mismas y una pluralidad de tubos de intercambiador de calor que atraviesen las aletas en la dirección de apilado, se usa ampliamente, por ejemplo, como un condensador o evaporador para acondicionadores de aire. Por ejemplo, este tipo de intercambiador de calor está diseñado para realizar un intercambio de calor entre un primer fluido de trabajo, tal como agua o clorofuorocarbono, que se deja fluir dentro de los tubos del intercambiador de calor, y un segundo fluido de trabajo, tal como aire, que se deja fluir en el exterior de los tubos del intercambiador de calor o los espacios entre las aletas apiladas, a través de los tubos del intercambiador de calor y las aletas.

Generalmente, en el intercambiador de calor convencional de este tipo, se ha formado una parte cortada-elevada en cada una de las aletas mediante un trabajo de prensa u otro proceso para proporcionar una eficacia mejorada de intercambiador de calor (véase, por ejemplo, las publicaciones abiertas a inspección pública de Patente Japonesa Nº 08-291988, 10-89875, 10-197182, 10-206056 y 2001-280880). La parte cortada-elevada se forma típicamente en la región de la aleta entre los adyacentes del grupo de tubos del intercambiador de calor alineados en una dirección perpendicular a la dirección general del flujo del segundo fluido de trabajo en el exterior de los tubos del intercambiador de calor (véase la Figura 17). La parte cortada-elevada se forma de tal manera que sus dos bordes opuestos desconectados del cuerpo de la aleta se extienden en una dirección aproximadamente perpendicular a la dirección del flujo del segundo fluido de trabajo. Si no se forma tal parte cortada-elevada en la aleta, se desarrollará una capa limitante de temperatura sobre la superficie de la aleta a lo largo del flujo del segundo fluido de trabajo para impedir la transferencia de calor entre el segundo fluido de trabajo y la aleta. Por el contrario, si se forma la parte cortada-elevada, se inducirá la renovación de la capa limitante de temperatura para facilitar la transferencia de calor entre la aleta y el segundo fluido de trabajo.

Por ejemplo, en el caso de que se use el intercambiador de calor del tipo de aleta de placa y tubo en una unidad externa de un acondicionador de aire, probablemente, el intercambiador de calor se accionará inevitablemente en las condiciones que provocan acumulación de escarcha sobre el mismo. En tal caso, si la aleta se forma con la parte cortada-elevada, probablemente se creará escarcha y se desarrollará en y alrededor de la parte cortada-elevada para bloquear el espacio entre las aletas adyacentes.

Por tanto, en el caso en el que se usa este tipo de intercambiador de calor en tales condiciones, por ejemplo, en una unidad externa de un acondicionador de aire, la parte cortada-elevada no se puede formar en la aleta, dando como resultado una eficacia deteriorada de intercambio de calor. Como medidas para obtener una eficacia adecuada de intercambio de calor en esta situación, se puede concebir aumentar el tamaño del propio intercambiador de calor o aumentar la velocidad de un ventilador para proporcionar un volumen de flujo aumentado del segundo fluido de trabajo. Sin embargo, estas medidas implican problemas, tales como aumento en el área de instalación, coste de material, energía de accionamiento de ventilador y ruidos.

Descripción de la invención

En vista de los anteriores problemas convencionales, por lo tanto, es un objeto de la presente invención proporcionar un intercambiador de calor de tipo de aleta de placa y tubo capaz de evitar que el espacio entre las aletas se bloquee por escarcha incluso en las condiciones funcionales que provocan acumulación de escarcha, mientras que mantiene una eficacia adecuada de intercambio de calor y un tamaño compacto.

Para conseguir este objeto, la presente invención proporciona un intercambiador de calor del tipo aleta de placa y tubo que incluye una pluralidad de aletas apiladas a intervalos dados entre sí y una pluralidad de tubos de intercambiador de calor que atraviesan las aletas en la dirección de apilado de aletas. El intercambiador de calor está diseñado para realizar un intercambio de calor mutuo entre un fluido dentro de los tubos del intercambiador de calor y otro fluido fuera de los tubos del intercambiador de calor, por los tubos y las aletas del intercambiador de calor. En este intercambiador de calor, cada una de las aletas está provista de una pluralidad de partes cortadas-elevadas. Una o más parte o partes cortadas-elevadas están asociadas con el correspondiente de los tubos del intercambiador de calor, sustancialmente sólo en una región de la aleta que satisfaga la siguiente relación.

Ws = 1 (1 - varphi) Dp + varphiD

varphi > 0,5

En esto, Ws es una anchura de dispersión total de la parte o las partes cortadas-elevadas en una dirección que se extiende a lo largo de un extremo de la aleta en el lado aguas arriba del fluido en el exterior de los tubos del intercambiador de calor (denominada en lo sucesivo en este documento "dirección de columna"). D es un diámetro externo de cada uno de los tubos del intercambiador de calor. Dp es una inclinación de alineamiento de los tubos del intercambiador de calor en la dirección de columna.

De acuerdo con el intercambiador de calor de la presente invención, las partes cortadas-elevadas formadas en la aleta en el lado aguas arriba y/o el lado aguas abajo del segundo fluido pueden inducir la segmentación o renovación de una capa limitante de temperatura. Esto permite que el intercambiador de calor tenga una eficacia mejorada de intercambiador de calor y un tamaño reducido.

Además, existe una zona formada sin parte cortada-elevada en la aleta entre los tubos del intercambiador de calor alineados en la dirección de columna. Por tanto, en el caso en el que el segundo fluido sea aire, y el intercambiador de calor se accione en las condiciones que provocan acumulación de escarcha, incluso si el espacio entre las aletas adyacentes está bloqueado en proximidad de las partes cortadas-elevadas debido a la acumulación de escarcha, el aire puede fluir a través de la zona sin parte cortada-elevada a fin de suprimir la reducción en el volumen de flujo de aire del intercambiador de calor como una totalidad. Por tanto, incluso durante el funcionamiento de las condiciones de acumulación de escarcha, se puede mantener en un alto nivel la eficacia de intercambio de calor. La parte cortada-elevada se puede formar para extenderse de manera oblicua con respecto a la dirección de columna, de tal manera que el aire se puede dirigir hacia una zona de la aleta sin flujo de aire en el lado aguas abajo del tubo del intercambiador de calor para proporcionar una eficacia mejorada adicional de intercambio de calor.

La parte cortada-elevada también se puede formar con una conformación de puente. En este caso, la superficie externa de un segmento de puntal del puente conectado con el cuerpo de la aleta se puede disponer en relación opuesta al tubo del intercambiador de calor para evitar que la parte cortada-elevada bloquee la transferencia de calor del tubo del intercambiador de calor. Esto permite que se transfiera de manera eficaz el calor desde el tubo del intercambiador de calor a una región de la aleta alejada del tubo del intercambiador de calor.

Breve descripción de los dibujos

Serán evidentes otras características y ventajas de la presente invención a partir de la descripción detallada y de los dibujos adjuntos. En los dibujos adjuntos, un elemento o componente común se define por el mismo número de referencia.

La Figura 1A es un diagrama esquemático de un intercambiador de calor de acuerdo con una primera realización de la presente invención, visto desde el lado de uno de los extremos de un tubo del intercambiador de calor del mismo.

La Figura 1B...

1. Un intercambiador de calor del tipo aleta de placa y tubo que comprende una pluralidad de aletas (1) apiladas a intervalos dados entre sí y una pluralidad de tubos de intercambiador de calor (2) que atraviesan dichas aletas en la dirección de apilado de aleta, diseñándose dicho intercambiador de calor para realizar una intercambio de calor mutuo entre un fluido dentro de dichos tubos del intercambiador de calor (2) y otro fluido en el exterior de dichos tubos del intercambiador de calor, a través de dichos tubos del intercambiador de calor (2) y dichas aletas (1), en el que cada una de dichas aletas está provista de una pluralidad de partes cortadas-elevadas (3), caracterizado por que las partes cortadas-elevadas que se corresponden a cada uno de dichos tubos del intercambiador de calor se disponen sustancialmente sólo dentro de una región de dicha aleta que satisface la siguiente relación,

Ws = 1 (1 - varphi) Dp + varphiD

varphi > 0,5,

en la que

Ws es una anchura de dispersión completa de dicha una o más partes cortadas-elevadas correspondientes a cada uno de dichos tubos del intercambiador de calor en una dirección de columna definida como una dirección que se extiende a lo largo de un extremo de dicha aleta en el lado aguas arriba de dicho fluido en el exterior de dichos tubos del intercambiador de calor;

D es un diámetro externo de cada uno de dichos tubos del intercambiador de calor; y

Dp es una inclinación de alineamiento de dichos tubos del intercambiador de calor (2) en dicha dirección de columna.

2. El intercambiador de columna de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dichas una o más partes cortadas-elevadas (3) que se corresponden a cada uno de dichos tubos del intercambiador de calor (2) se disponen solamente en una región de dicha aleta (1) que entra dentro de 130 grados en el ángulo central de dicho tubo correspondiente del intercambiador de calor (2) hacia la dirección aguas arriba o aguas abajo de dicho fluido en el exterior de dichos tubos del intercambiador de calor (2).

3. El intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que dicha parte cortada-elevada (3) tiene dos bordes opuestos desconectados del cuerpo principal de dicha aleta, extendiéndose al menos uno de dichos bordes de forma oblicua con respecto a dicha dirección de columna.

4. El intercambiador de calor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dicha parte cortada-elevada (3) tiene dos bordes opuestos desconectados del cuerpo principal de dicha aleta (1), extendiéndose al menos uno de dichos bordes en la dirección radial de dicho tubo correspondiente del intercambiador de calor (2).

5. El intercambiador de calor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicha parte cortada-elevada (3) tiene dos extremos de lado opuesto no desconectados del cuerpo principal de dicha aleta (1), extendiéndose al menos uno de dichos extremos laterales en una dirección perpendicular a dicha dirección de columna.

6. El intercambiador de calor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que se proporcionan dos o más partes cortadas-elevadas (3) para cada uno de dichos tubos del intercambiador de calor, disponiéndose dichas partes cortadas-elevadas de forma simétrica con respecto a un eje que pasa a través del centro de dicho tubo correspondiente del intercambiador de calor (2) y que se extiende en una dirección perpendicular o paralela a dicha dirección de columna.

7. El intercambiador de calor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que dicha parte cortada-elevada (3) tiene una conformación elevada de forma alterna en la dirección longitudinal de dichos de tubos del intercambiador de calor (2) con la base del cuerpo principal de dicha aleta (1).

8. El intercambiador de calor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que dicha aleta (1) está provista de un saliente con forma convexa que se extiende de forma continua en dicha dirección de columna.

9. El intercambiador de calor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que dichas partes cortadas-elevadas (3) se cortan y elevan desde el cuerpo principal de dicha aleta (1) para formar una conformación de puente que tiene un segmento de puntal conectado a dicho cuerpo principal y un segmento de travesaño separado de dicho cuerpo principal.