Un sistema intercambiador de calor que comprende: un intercambiador de calor (10) que incluye un múltiple de entrada (12) que tiene una abertura de entrada (20) para conducir el flujo de un fluido a dicho múltiple de entrada (12) y una pluralidad de aberturas de salida (24) para conducir el flujo de fluido desde dicho múltiple de entrada (12);

una pluralidad de canales (16) conectados hidráulicamente a dicha pluralidad de aberturas de salida (24) para conducir el flujo de fluido desde dicho múltiple de entrada (12); y un múltiple de salida (14) conectado hidráulicamente a dicha pluralidad de dichos elementos (16) para recibir el flujo de fluido desde ellos; caracterizado porque comprende al menos dos dispositivos (30, 32) que mueven el aire para mover el aire sobre dicho intercambiador de calor (10) incorporados en dicho sistema intercambiador de calor; y en el que al menos uno de dichos dispositivos (30, 32) que mueven el aire es hecho funcionar en un modo de modulación de anchura de impulso y la modulación de anchura de impulso es controlada a una velocidad que es diferente de la de otro de dichos dispositivos que mueven el aire (30, 32) para promover la distribución de flujo de aire óptima a través del intercambiador de calor

Antecedentes del invento

Este invento se refiere en general a intercambiadores de calor para acondicionamiento de aire, bomba de calor y sistemas de refrigeración y, más particularmente, a evaporadores de flujo paralelo (minicanal o microcanal) de los mismos.

Una definición de un intercambiador de calor así llamado de flujo paralelo es ampliamente usada en la industria de acondicionamiento de aire y refrigeración y designa un intercambiador de calor con una pluralidad de pasos o canales paralelos típicamente de sección transversal aplastada o redonda, entre los cuales es distribuido el refrigerante y hecho fluir en la orientación generalmente perpendicular de modo sustancial a la dirección de flujo de refrigerante en los múltiples de entrada y salida. La definición está bien adaptada dentro de la comunidad técnica y será usada e lo largo de todo el texto.

La mala distribución de refrigerante en intercambiadores de calor de sistema refrigerante y evaporadores en particular, es un área de interés bien conocida. Como los evaporadores son los más susceptibles de la mala distribución del refrigerante, se hará referencia de manera predominante a los evaporadores a lo largo de todo el texto, aunque muchos hechos serán importantes, por ejemplo también los condensadores. La mala distribución del refrigerante causa una degradación significativa del rendimiento del evaporador y del sistema completo sobre una amplia gama de condiciones operativas. La mala distribución del refrigerante puede ocurrir debido a las diferencias en las impedancias de flujo dentro de los canales del evaporador, una distribución no uniforme de flujo de aire sobre las superficies de transferencia de calor externas, una orientación inapropiada del intercambiador de calor o un diseño pobre de los múltiples y del sistema de distribución. La mala distribución es particularmente pronunciada en evaporadores de flujo paralelo debido a su específico diseño con respecto al encaminamiento del refrigerante a cada circuito refrigerante. Se han hecho intentos para eliminar o reducir los efectos de este fenómeno sobre el rendimiento de evaporadores de flujo paralelo con poco éxito o sin éxito. Las principales razones para tales intentos fallidos han sido generalmente relacionadas con la complejidad e ineficiencia de la técnica propuesta o un coste prohibitivamente elevado de la solución.

En los últimos años, intercambiadores de calor de flujo paralelo, e intercambiadores de calor de aluminio soldado en particular, han recibido mucha atención e interés, no solo en el campo de los automóviles sino también en la industria de calefacción, ventilación, acondicionamiento de aire y refrigeración (HVAC y R). Las razones principales para el empleo de la tecnología de flujo paralelo están relacionadas con su rendimiento superior, su elevado grado de compacidad y su resistencia a la corrosión mejorada. Los intercambiadores de calor de flujo paralelo son utilizados ahora tanto en aplicaciones de condensadores como de evaporadores para múltiples productos y diseños y configuraciones de sistema. Las aplicaciones del evaporador, aunque prometen mayores beneficios, suponen un mayor reto y son problemáticas. La mala distribución del refrigerante es una de las primeras cuestiones y obstáculos para la puesta en práctica de esta tecnología en las aplicaciones del evaporador.

Como es conocido, la mala distribución de refrigerante en intercambiadores de calor de flujo paralelo, ocurre debido a una caída de presión desigual dentro de los canales y en los múltiples de entrada y salida. En los múltiples, la diferencia de longitud de los trayectos de refrigerante, la separación de fases y la gravedad son los factores principales responsables de la mala distribución. Dentro de los canales del intercambiador de calor, las variaciones en la tasa o velocidad de transferencia de calor, en la distribución de flujo de aire, las tolerancias de fabricación y la gravedad son los factores dominantes. Además la tendencia reciente de la mejora del rendimiento del intercambiador de calor promovida por la miniaturización de sus canales (así llamados minicanales y microcanales), que a su vez han impactado negativamente en la distribución del refrigerante. Como es extremadamente difícil controlar todos estos factores, muchos de los intentos previos para gestionar la distribución del refrigerante, especialmente en los evaporadores de flujo paralelo, han fallado.

En los sistemas de refrigerante que utilizan intercambiadores de calor de flujo paralelo, los múltiples o cabezales de entrada y salida (estos términos serán usados de forma intercambiable a lo largo del texto) usualmente tienen una forma cilíndrica convencional. Cuando el flujo de dos fases entra en el cabezal, la fase de vapor es separada usualmente de la fase líquida. Como ambas fases fluyen de forma independiente, tiende a ocurrir una mala distribución del refrigerante.

Si el flujo de dos fases entra en el múltiple de entrada a una velocidad relativamente elevada, la fase líquida (gotitas de líquido) es transportada por el momento del flujo muy lejos de la entrada del múltiple a la parte alejada del cabezal. Por tanto, los canales más próximos a la entrada del múltiple reciben de forma predominante la fase de vapor y los canales alejados de la entrada del múltiple reciben la mayor parte de la fase líquida. Si, por otro lado, la velocidad del flujo de dos fases que entra en el múltiple es baja, no hay suficiente momento para transportar la fase líquida a lo largo del cabezal. Como resultado, la fase líquida entra en los canales más próximos a la entrada y la fase de vapor prosigue a los más alejados. También, las fases líquida y de vapor en el múltiple de entrada pueden ser separadas por las fuerzas de gravedad, ocasionando consecuencias similares a la mala distribución. En cualquier caso, el fenómeno de la mala distribución aflora rápidamente y se manifiesta por sí misma en la degradación del rendimiento del evaporador y del sistema total.

Además, el fenómeno de la mala distribución puede causar las condiciones de dos fases (sobrecalentamiento cero) en la salida de algunos canales, promoviendo la inundación potencial en la succión del compresor que puede traducirse rápidamente en el daño en el compresor.

Es por ello un objeto del presente invento proporcionar un método de resolver los problemas de la mala distribución de refrigerante y flujo de aire descritos aquí. Estos objetivos son logrados mediante el uso de ventiladores hechos funcionar a velocidad variable o en un modo de modulación de anchura de impulso, con el fin de proporcionar una distribución de flujo de aire mejorada que da como resultado la eliminación y/o reducción en la mala distribución de aire y refrigerante o contrarrestar otros factores que causan la mala distribución del refrigerante.

Un sistema de intercambiador de calor que tiene las características de los preámbulos de las reivindicaciones 1 y 16 está descrito en el documento US-A-6.037.567. Otros intercambiadores de calor que tienen uno o más ventiladores están descritos en los documentos US-A-5.269.367, JP 2004 072977 A, US-A-5.813.249 y JP 09229 536 A.

Sumario del invento

El presente invento proporciona un intercambiador de calor según las reivindicaciones 1 y 6.

De acuerdo con una realización del invento, el control preciso de la distribución de flujo de aire sobre los intercambiadores de calor es conseguido utilizando un ventilador de velocidad variable. El uso de un ventilador de velocidad variable es especialmente ventajoso cuando como de acuerdo con el invento dos o más ventiladores son utilizados para mover el aire a través del intercambiador de calor. En este caso, por ejemplo, un ventilador puede ser del tipo de velocidad variable (controlada por un accionamiento de velocidad variable) mientras el otro ventilador es de diseño de velocidad fija. Controlando la velocidad del ventilador de velocidad variable, la distribución del flujo de aire sobre el intercambiador de calor puede ser controlada de tal forma que todas las secciones del intercambiador de calor reciban el flujo de aire adecuado y óptimo. Son posibles otras opciones, cuando dos o más ventiladores dedicados a un intercambiador de calor particular son de un diseño de velocidad variable. En esta realización, la velocidad de los ventiladores de velocidad variable puede ser controlada simultánea o independientemente para conseguir la distribución de flujo de aire deseada sobre las superficies del intercambiador de calor para obtener una tasa de transferencia de calor deseada....

1. Un sistema intercambiador de calor que comprende:

un intercambiador de calor (10) que incluye un múltiple de entrada (12) que tiene una abertura de entrada (20) para conducir el flujo de un fluido a dicho múltiple de entrada (12) y una pluralidad de aberturas de salida (24) para conducir el flujo de fluido desde dicho múltiple de entrada (12); una pluralidad de canales (16) conectados hidráulicamente a dicha pluralidad de aberturas de salida (24) para conducir el flujo de fluido desde dicho múltiple de entrada (12); y un múltiple de salida (14) conectado hidráulicamente a dicha pluralidad de dichos elementos (16) para recibir el flujo de fluido desde ellos; caracterizado porque comprende al menos dos dispositivos (30, 32) que mueven el aire para mover el aire sobre dicho intercambiador de calor (10) incorporados en dicho sistema intercambiador de calor; y en el que al menos uno de dichos dispositivos (30, 32) que mueven el aire es hecho funcionar en un modo de modulación de anchura de impulso y la modulación de anchura de impulso es controlada a una velocidad que es diferente de la de otro de dichos dispositivos que mueven el aire (30, 32) para promover la distribución de flujo de aire óptima a través del intercambiador de calor.

2. El sistema intercambiador de calor según la reivindicación 1, en el que la modulación de la anchura de impulso es usada para accionar al menos dos dispositivos (30, 32) que mueven el aire para reducir los efectos de mala distribución de refrigerante.

3. El sistema intercambiador de calor según la reivindicación 1, en el que la modulación de la anchura de impulso es usada para accionar al menos dichos dos dispositivos (30, 32) que mueven el aire para promover la distribución de flujo de aire uniforme a través de dicho intercambiador de calor.

4. El sistema intercambiador de calor según la reivindicación 1, en el que la modulación de la anchura de impulso es usada para accionar al menos dos dispositivos (30, 32) que mueven el aire para ajustar las características de rendimiento del sistema.

5. El sistema intercambiador de calor según la reivindicación 1, en el que la lógica de control de modulación de la anchura de impulso es predeterminada antes de la

primera puesta en marcha de dicho sistema intercambiador de calor.

6. El sistema intercambiador de calor según la reivindicación 1, en el que la lógica de control de modulación de la anchura de impulso es ajustada durante el funcionamiento de dicho sistema intercambiador de calor.

7. El sistema intercambiador de calor según la reivindicación 1, en el que la lógica de control de modulación de la anchura de impulso es usada basándose en la realimentación desde al menos un sensor.

8. El sistema intercambiador de calor según la reivindicación 1, en el que al menos uno de dichos dispositivos (30, 32) que mueven el aire es un dispositivo que mueve el aire de dos velocidades.

9. El sistema intercambiador de calor según la reivindicación 8, en el que al menos uno de dichos dispositivos (30, 32) que mueven el aire es conmutado rápidamente entre al menos dos ajustes de velocidad.

10. El sistema intercambiador de calor según la reivindicación 9, en el que los ajustes de velocidad son seleccionados a partir del grupo que consiste de un ajuste de alta velocidad, un ajuste de baja velocidad y un ajuste de velocidad cero.

11. El sistema intercambiador de calor según la reivindicación 1, en el que al menos uno de dichos dispositivos (30, 32) que mueven el aire es un dispositivo de una sola velocidad y es hecho funcionar conectando y desconectando rápidamente el ventilador.

12. El sistema intercambiador de calor según la reivindicación 1, en el que al menos uno de dichos dispositivos (30, 32) que mueven el aire es de múltiples velocidades y es hecho funcionar conmutando entre múltiples velocidades.

13. El sistema intercambiador de calor según la reivindicación 1, en el que una tasa de formación de ciclo para dicho dispositivo que mueve el aire es seleccionada basándose en al menos un requisito en el que al menos dicho requisito es seleccionado a partir del grupo de requisitos de rendimiento, mala distribución y requisitos de fiabilidad.

14. El sistema intercambiador de calor según la reivindicación 13, en el que una tasa de formación de ciclo para dicho dispositivo que mueve el aire está entre 5 segundos y 1 minuto.

15. El sistema intercambiador de calor según la reivindicación 1, en el que el tiempo de “conexión” de dicho dispositivo que mueve el aire es seleccionado basándose en al menos un requisito en el que al menos dicho requisito es seleccionado del grupo de requisitos de rendimiento, mala distribución y requisitos de fiabilidad.

16. Un sistema intercambiador de calor que comprende:

un intercambiador de calor (10) que incluye un múltiple de entrada (12) y que tiene una abertura de entrada (20) para conducir el flujo de un fluido a dicho múltiple de entrada (12) y una pluralidad de aberturas de salida (24) para conducir el flujo de fluido desde dicho múltiple de entrada (12); una pluralidad de canales (16) alineados conectados hidráulicamente a dicha pluralidad de aberturas de salida (24) para conducir el flujo de fluido desde dicho múltiple de entrada (12); y un múltiple de salida (14) conectado hidráulicamente a dicha pluralidad de dichos canales (16) para recibir el flujo de fluido desde ellos; caracterizado porque comprende:

al menos dos dispositivos (30, 32) que mueven el aire incorporados en dicho sistema; y al menos uno de dichos dispositivos (30, 32) que mueven el aire es hecho funcionar a una velocidad variable y controlado con un control de velocidad variable a una velocidad que es diferente de la velocidad de otro de dichos dispositivos (30, 32) que mueven el aire para promover la distribución de flujo de aire óptima para combatir los efectos de al menos una de las malas distribuciones de aire y de refrigerante.

17. El sistema intercambiador de calor según la reivindicación 1 o 16, en el que dicho múltiple de entrada (12) se extiende longitudinalmente.

18. El sistema intercambiador de calor según la reivindicación 1 o 16, en el que dicha pluralidad de aberturas (24) conduce dicho flujo de fluido transversalmente desde dicho múltiple de entrada (12).

19. El sistema intercambiador de calor según la reivindicación 1 o 16, en el que al

menos uno de dichos dispositivos (30, 32) que mueven el aire es un ventilador.

20. El sistema intercambiador de calor según la reivindicación 1 o 16, en el que dicho intercambiador de calor (10) es un evaporador.

21. El sistema intercambiador de calor según la reivindicación 1 o 16, en el que dicho intercambiador de calor (10) es un condensador.

22. El sistema intercambiador de calor según la reivindicación 1 o 16, en el que dicho intercambiador de calor (10) es un intercambiador de calor de flujo paralelo con una pluralidad de canales (16) alineados en relación sustancialmente paralela y conectados hidráulicamente a dicha pluralidad de aberturas de salida (24) para conducir el flujo de fluido desde dicho múltiple de entrada (12) a dicho múltiple de salida (14).

23. El sistema intercambiador de calor según la reivindicación 16, en el que al menos dos dispositivos (30, 32) que mueven el aire de velocidad variable son usados para reducir los efectos de la mala distribución de refrigerante.

24. El sistema intercambiador de calor según la reivindicación 16, en el que al menos dos dispositivos (30, 32) que mueven el aire de velocidad variable son usados para promover la distribución de flujo de aire uniforme a través de dicho intercambiador de calor.

25. El sistema intercambiador de calor según la reivindicación 16, en el que al menos dos dispositivos (30, 32) que mueven el aire de velocidad variable son usados para ajustar las características de rendimiento del sistema.

26. El sistema intercambiador de calor según la reivindicación 4 o 25, en el que las características de rendimiento son seleccionadas del grupo de capacidad, eficiencia, tasa de extracción del condensado, confort de espacio condicionado, funcionamiento seguro del compresor, y congelación del serpentín.

27. El sistema intercambiador de calor según la reivindicación 16, en el que la lógica de control de velocidad variable es predeterminada antes de la primera puesta en marcha de dicho sistema intercambiador de calor.

28. El sistema intercambiador de calor según la reivindicación 26, en el que la lógica de control de velocidad variable es ajustada durante el funcionamiento de dicho sistema intercambiador de calor.

29. El sistema intercambiador de calor según la reivindicación 16, en el que dicha lógica de control de velocidad variable adaptable es usada basándose en el menos la realimentación de un sensor.

30. El sistema intercambiador de calor según la reivindicación 7 o 12, en el que al

menos dicho sensor es seleccionado del grupo que consiste de un transductor de 10 temperatura y un transductor de presión.

31. El sistema intercambiador de calor según la reivindicación 16, en el que dicha velocidad variable para dicho dispositivo que mueve el aire es seleccionada basándose en al menos un requisito en el que al menos uno de dichos requisitos es seleccionado del

15 grupo de requisitos de rendimiento, mala distribución y requisitos de fiabilidad.

32. El sistema intercambiador de calor según la reivindicación 1 o 16, en el que dichos canales (16) de dicho intercambiador de calor (10) tiene una sección transversal redonda.

33. El sistema intercambiador de calor según la reivindicación 1 o 16, en el que dichos canales (16) de dicho intercambiador de calor (10) tienen una sección transversal aplastada.