Un intercambiador de calor (10, 10A, 10B) que comprende: un colector (20,

120, 220) que tiene un interior hueco; un miembro que se extiende longitudinalmente (22, 124) que divide el interior de dicho colector en una primera cámara (25, 125, 225) a un lado de él para recibir un fluido y una segunda cámara (27, 37, 127, 227) al otro lado de él, teniendo dicho miembro una serie de aberturas separadas longitudinalmente (21) que se extienden a través de él; y una pluralidad de tubos de intercambio de calor (40, 140); que se caracteriza porque: cada uno de dicha pluralidad de tubos de intercambio de calor define un camino de flujo de refrigeración multicanal a través de él, teniendo cada canal (42) de dicho camino de flujo de refrigeración multicanal una entrada en un extremo de entrada (43) de dicho tubo de intercambio de calor (40, 140), pasando el extremo de entrada respectivo de cada uno de dicha pluralidad de tubos de intercambio de calor dentro de dicha segunda cámara (27, 37, 127, 227) de dicho colector (20, 120, 220) y estando dispuesto en yuxtaposición con una de dichas aberturas (21) respectivas de dicha serie de aberturas separadas longitudinalmente, comprendiendo cada una de dichas aberturas una hilera de agujeros que se extienden transversalmente en yuxtaposición con uno de dicha pluralidad de tubos de intercambio de calor (40, 140) con un agujero por canal de dicho tubo de intercambio de calor

Campo del invento

Este invento se refiere en general a intercambiadores de calor de sistemas de compresión de vapor de refrigeración que tienen una pluralidad de tubos paralelos que se extienden entre un primer colector y un segundo colector y, más particularmente, a proporcionar expansión de un refrigerante dentro del colector de entrada para mejorar la distribución del flujo de refrigeración de dos fases a través de los tubos paralelos del intercambiador de calor.

Antecedentes del invento

Los sistemas de compresión de vapor de refrigeración son bien conocidos en la técnica. Acondicionadores de aire y bombas de calor que emplean ciclos de compresión de vapor de refrigeración son usados corrientemente para enfriar o enfriar/calentar aire suministrado a una zona de confort de clima controlado dentro de edificios residenciales, oficinas, hospitales, colegios, restaurantes u otros similares. Los sistemas de compresión de vapor de refrigeración se usan también corrientemente para enfriar aire u otro fluido secundario para proporcionar un ambiente refrigerado para productos alimenticios y bebidas dentro de, por ejemplo, expositores de supermercados, tiendas de comidas preparadas, tiendas de comestibles, cafeterías, restaurantes y otros establecimientos de servicios de alimentación. Convencionalmente, estos sistemas de compresión de vapor de refrigeración incluyen un compresor, un condensador, un dispositivo de expansión y un evaporador conectado en comunicación con el flujo de refrigeración. Los componentes de los sistemas de refrigeración básicos anteriormente mencionados están interconectados mediante líneas de refrigeración de un circuito de refrigeración cerrado y dispuestos de acuerdo con el ciclo de compresión de vapor empleado. Un dispositivo de expansión, normalmente una válvula de expansión o dispositivo medidor de calibre fijo, tal como un orificio o un tubo capilar, está dispuesto en la línea de refrigeración en un lugar aguas arriba del circuito de refrigeración, con respecto al flujo de refrigeración, del evaporador y aguas abajo del condensador. El dispositivo de expansión opera expandiendo el líquido de refrigeración que pasa a través de la línea de refrigeración que va desde el condensador al evaporador a una presión y temperatura inferiores. Al hacer esto, una porción del líquido de refrigeración que atraviesa el dispositivo de expansión se expande y se convierte en vapor. Como resultado, en sistemas de compresión de vapor de refrigeración convencionales de este tipo, el flujo de refrigeración que entra en el evaporador constituye una mezcla de dos fases. Los porcentajes particulares de líquido de refrigeración y de vapor de refrigeración dependen del dispositivo de expansión particular empleado y del refrigerante en uso, por ejemplo, R12, R22, R134a, R404A, R410A, R407C, R717, R744 u otro fluido compresible. En algunos sistemas de compresión de vapor de refrigeración, el evaporador es un intercambiador de calor de tubos paralelos. Dichos intercambiadores de calor tienen una pluralidad de caminos de flujo de refrigeración paralelos que pasan a través de ellos provistos de una pluralidad de tubos que se extienden paralelamente entre un colector de entrada y un colector de salida. El colector de entrada recibe el flujo de refrigeración del circuito de refrigeración y lo distribuye entre la pluralidad de caminos de flujo a través del intercambiador de calor. El colector de salida sirve para recoger el flujo de refrigeración cuando éste abandona los caminos de flujo respectivos y para dirigir de vuelta el flujo recogido a la línea de refrigeración para que vuelva al compresor de un intercambiador de calor de pasada única o a través de un banco adicional de tubos de intercambio de calor de un intercambiador de calor de pasadas múltiples. Históricamente, los intercambiadores de calor de tubos paralelos usados en dichos sistemas de compresión de vapor de refrigeración han usado tubos redondos, que típicamente tienen un diámetro de 12,70 milímetros, 9,52 milímetros ó 7 milímetros. Más recientemente, en los sistemas de compresión de vapor de refrigeración se usan tubos multicanales de forma plana, rectangular u oval. Cada tubo multicanal tiene una pluralidad de canales de flujo que se extienden longitudinalmente en paralelo a lo largo de la longitud del tubo, proporcionando cada canal un camino de refrigeración con un área de flujo de sección transversal pequeña. Así, un intercambiador de calor con tubos multicanales que se extienden en paralelo entre los colectores de entrada y de salida del intercambiador de calor tiene un número relativamente grande de caminos de refrigeración con un área de flujo de sección transversal pequeña que se extienden entre los dos colectores. En contraste, un intercambiador de calor de tubos paralelos con tubos redondos convencionales tiene un número relativamente pequeño de caminos de flujo de área de flujo grande que se extienden entre los colectores de entrada y de salida. La distribución no uniforme, también llamada mala distribución, del flujo de refrigeración de dos fases es un problema común de los intercambiadores de calor de tubos paralelos que afecta adversamente a la eficiencia del intercambiador de calor. Entre otros factores, los problemas de la mala distribución de las dos fases son causados por la diferencia de densidad del refrigerante en fase de vapor y la del refrigerante en fase líquida presentes en el colector de entrada debido a la expansión del refrigerante cuando éste atraviesa el dispositivo de expansión aguas arriba. Se describe una solución para controlar la distribución del flujo de refrigeración a través de tubos paralelos en un intercambiador de calor de evaporación en la patente americana Nº 6.502.413 concedida a Repice y otros. En el sistema de compresión de vapor de refrigeración descrito en ella, el líquido de refrigeración a alta presión procedente del condensador se expande parcialmente en un dispositivo de expansión en línea convencional aguas arriba del colector de entrada del intercambiador de calor a un refrigerante de presión inferior. Adicionalmente, hay dispuesta una restricción, tal como un simple estrechamiento del tubo o una placa de orificio interna dispuesta dentro del tubo, en cada tubo conectado al colector de entrada aguas abajo de la entrada del colector para completar la expansión a una mezcla refrigerante líquido/vapor a baja presión después de entrar en el tubo.

Se describe otra solución para controlar la distribución del flujo de refrigeración a través de tubos paralelos de un intercambiador de calor de evaporación en la patente japonesa Nº JP4080575 concedida a Kanzaki y otros. En el sistema de compresión de vapor de refrigeración descrito en ella, el refrigerante líquido a alta presión procedente del condensador se expande parcialmente también en un dispositivo de expansión en línea convencional a un refrigerante a presión inferior aguas arriba de una cámara de distribución del intercambiador de calor. Una placa que tenga una pluralidad de orificios en ella se extiende a través de la cámara. El refrigerante de baja presión se expande cuando pasa a través de los orificios a una mezcla líquido/vapor de baja presión aguas abajo de la placa y aguas arriba de las entradas a los tubos respectivos que se abren a la cámara. La patente japonesa Nº JP6241682 concedida a Massaki y otros, describe un intercambiador de calor de tubos de flujo paralelo para una bomba de calor en el que el extremo de entrada de cada tubo multicanal que está conectado al colector de entrada está aplanado para formar una restricción por estrangulamiento parcial en cada tubo justo aguas abajo de la entrada al tubo. La patente japonesa Nº JP8233409 concedida a Hiroaki y otros, describe un intercambiador de calor de tubos de flujo paralelos en el que una pluralidad de tubos multicanal, planos, están conectados entre un par de colectores, en los que cada uno de ellos tiene un interior en el que la sección del flujo disminuye en el sentido del flujo de refrigeración como un medio para distribuir uniformemente refrigerante en los tubos respectivos. La patente japonesa Nº JP2002022313 concedida a Yasushi describe un intercambiador de calor de tubos paralelos en el que el refrigerante es suministrado al colector a través de un tubo de entrada que se extiende a lo largo del eje del colector para terminar antes del extremo del colector por lo que el refrigerante de dos fases no se separa cuando pasa desde el tubo de entrada a un canal anular entre la superficie exterior del tubo de entrada y la superficie interior del colector. El flujo de refrigeración de dos fases pasa desde allí dentro de cada uno de los tubos que se abren al canal anular Obtener una distribución... [Seguir leyendo]

1. Un intercambiador de calor (10, 10A, 10B) que comprende:

un colector (20, 120, 220) que tiene un interior hueco; un miembro que se extiende longitudinalmente (22, 124) que divide el interior de dicho colector en una primera cámara (25, 125, 225) a un lado de él para recibir un fluido y una segunda cámara (27, 37, 127, 227) al otro lado de él, teniendo dicho miembro una serie de aberturas separadas longitudinalmente (21) que se extienden a través de él; y una pluralidad de tubos de intercambio de calor (40, 140); que se caracteriza porque: cada uno de dicha pluralidad de tubos de intercambio de calor define un camino de flujo de refrigeración multicanal a través de él, teniendo cada canal (42) de dicho camino de flujo de refrigeración multicanal una entrada en un extremo de entrada (43) de dicho tubo de intercambio de calor (40, 140), pasando el extremo de entrada respectivo de cada uno de dicha pluralidad de tubos de intercambio de calor dentro de dicha segunda cámara (27, 37, 127, 227) de dicho colector (20, 120, 220) y estando dispuesto en yuxtaposición con una de dichas aberturas (21) respectivas de dicha serie de aberturas separadas longitudinalmente, comprendiendo cada una de dichas aberturas una hilera de agujeros que se extienden transversalmente en yuxtaposición con uno de dicha pluralidad de tubos de intercambio de calor (40, 140) con un agujero por canal de dicho tubo de intercambio de calor.

2. Un intercambiador de calor (10, 10A, 10B) como se describe en la reivindicación 1, en el que cada uno de dichos agujeros tiene un área transversal relativamente pequeña con relación a una sección transversal de un canal (42) de dicho tubo de intercambio de calor (40, 140).

3. Un intercambiador de calor (10, 10A, 10B) como se describe en la reivindicación 2, en el que cada uno de dichos agujeros (21) comprende un orificio de expansión.

4. Un intercambiador de calor (10, 10A, 10B) que comprende:

un colector (20, 120, 220) que tiene un interior hueco; un miembro que se extiende longitudinalmente (22, 124) que divide el interior de dicho colector en una primera cámara (25, 125, 225) a un lado de él para recibir un fluido y una segunda cámara (27, 37, 127, 227) al otro lado de él, teniendo dicho miembro una serie de aberturas separadas longitudinalmente (21) que se extienden a través de él; y una pluralidad de tubos de intercambio de calor (40, 140); que se caracteriza porque: cada uno de dicha pluralidad de tubos de intercambio de calor define un camino de flujo de refrigeración a través de él, teniendo cada canal (42) de dicho camino de flujo de refrigeración multicanal una entrada en un extremo de entrada (43) de dicho tubo de intercambio de calor (40, 140), pasando el extremo de entrada respectivo de cada uno de dicha pluralidad de tubos de intercambio de calor dentro de dicha segunda cámara (27, 37, 127, 227) de dicho colector y estando dispuestos en yuxtaposición con una de dichas aberturas (21) respectiva de dicha serie de aberturas separadas longitudinalmente, definiendo dicha segunda cámara (27, 37, 127, 227) una pluralidad de pasos de flujo divergentes al otro lado de ella, teniendo cada camino de flujo divergente una abertura de entrada única (21) en comunicación de flujo con dicha primera cámara (25, 125, 225) y una abertura de salida en comunicación de fluido con cada canal (42) de un tubo de intercambio de calor (40, 140) respectivo.

5. Un intercambiador de calor (10, 10A, 10B) como el que se describe en la reivindicación 4, en el que cada una de dichas aberturas de entrada únicas (21) tiene un área transversal relativamente pequeña en comparación con una sección transversal colectiva del canal (42) de dicho tubo de intercambio de calor (40, 140) respectivo.

6. Un intercambiador de calor (10, 10A, 10B) como el que se describe en la reivindicación 5, en el que cada una de dichas aberturas de entrada únicas (21) comprende un orificio de expansión.

7. Un intercambiador de calor (10, 10A, 10B) que comprende:

un colector (20, 120, 220) que tiene un interior hueco; y un miembro que se extiende longitudinalmente (22, 124) que divide el interior de dicho colector en una primera cámara (25, 125, 225) a un lado de él para recibir un fluido y una segunda cámara (27, 37, 127, 227) al otro lado de él, teniendo dicho miembro una serie de aberturas espaciadas longitudinalmente (21) que se extienden a través de él; que se caracteriza porque éste comprende: una pluralidad de conjuntos de tubos de intercambio de calor pareados (40, 140), definiendo cada uno de dichos tubos de intercambio de calor un camino del flujo de refrigeración multicanal a través de él, teniendo cada canal (42) de dicho camino de flujo de refrigeración multicanal una entrada en un extremo de entrada

(43) de dicho tubo de intercambio de calor (40, 140), pasando los extremos de entrada respectivos de cada tubo de intercambio de calor dentro de dicha segunda cámara (27, 37, 127, 227) de dicho colector (20, 120, 220), estando dispuestos cada conjunto de la pluralidad de conjuntos de tubos de intercambio de calor pareados (40, 140) con una de dichas aberturas (21) de dicha serie de aberturas separadas longitudinalmente que están dispuestas entremedio de los extremos de entrada respectivos de los tubos de intercambio de calor pareados (40, 140) de dicho conjunto.

5 8. Un intercambiador de calor (10, 10A, 10B) como el que se describe en la reivindicación 7, en el que cada una de dichas aberturas (21) de dicha serie de aberturas separadas longitudinalmente comprende una hilera de agujeros que se extienden transversalmente en yuxtaposición con uno de dicha pluralidad de tubos de intercambio de calor (40, 140) con un agujero por canal de dicho tubo de intercambio de calor.

10 9. Un intercambiador de calor (10, 10A, 10B) como el que se describe en la reivindicación 8, en el que cada uno de dichos agujeros (21) tiene una sección transversal relativamente pequeña con relación a una sección transversal de un canal (42) de dicho tubo de intercambio de calor (40, 140).

10. Un intercambiador de calor (10, 10A, 10B) como el que se describe en la reivindicación 9, en el que cada uno de15 dichos agujeros (21) comprende un orificio de expansión.