INTERCAMBIADOR DE CALOR Y CONJUNTO INTEGRADO QUE INCORPORA TAL INTERCAMBIADOR.

Intercambiador de calor (1), para circuito de climatización, que comprende al menos un tubo (5) delimitador de un recorrido para la circulación de un primer fluido y de un segundo fluido,

estando arrollado el tubo alrededor de un eje en orden a definir sucesivos arrollamientos, los arrollamientos sucesivos del tubo se hallan apretados estrechamente entre sí en orden a delimitar unos canales llamados secundarios (54) estancos, para la circulación del segundo fluido, quedando situados dichos canales secundarios (54) entre unas zonas saledizas de dicho tubo (5), y porque dicho tubo (5) presenta unos canales llamados principales (52) a nivel de las zonas saledizas, destinados para que el primer fluido pase a su través, caracterizado porque el tubo (5) incluye un perfil y porque el perfil del tubo (5) incluye, en una de sus caras, unas nervaduras determinadas por los canales principales (52) y unas ranuras (51) entre los canales principales, en tanto que la otra cara es sensiblemente plana, y porque cada canal secundario (54) para el segundo fluido queda delimitado por una ranura (51) entre dos nervaduras adyacentes de un arrollamiento dado y la cara plana del siguiente arrollamiento

Intercambiador de calor y conjunto integrado que incorpora tal intercambiador.

La invención se refiere a un intercambiador de calor, en particular a un intercambiador interno para un circuito de climatización que funciona con un fluido refrigerante supercrítico, como el dióxido de carbono (CO₂).

La invención concierne asimismo a un conjunto integrado destinado a tal circuito. Por el documento FR2329962 es conocido un intercambiador según el preámbulo de la reivindicación 1.

En los circuitos de climatización conocidos de este tipo, el fluido refrigerante supercrítico permanece esencialmente en estado gaseoso y a una presión muy elevada.

Un circuito de este tipo comprende generalmente un compresor, un enfriador de gases, un intercambiador interno, un elemento de expansión, un evaporador y un acumulador. El compresor hace pasar el fluido refrigerante a alta presión antes de enviarlo al enfriador de gases en el que es enfriado. El fluido pasa a continuación a una primera parte del intercambiador interno y es expansionado seguidamente por el elemento de expansión. El fluido a baja presión expansionado pasa a continuación a través del evaporador y seguidamente atraviesa el acumulador antes de pasar a una segunda parte del intercambiador interno. A continuación, el fluido regresa hacia el compre- sor.

En el intercambiador interno, el fluido caliente a alta presión de la primera parte del intercambiador de calor intercambia calor con el fluido frío a baja presión de la segunda parte.

El acumulador está previsto a la salida del evaporador para almacenar el excedente de líquido que sale del evaporador. El acumulador generalmente se materializa en un depósito adaptado para separar la parte líquida del fluido refrigerante de la parte gaseosa. El acumulador envía la parte gaseosa del fluido refrigerante a baja temperatura hacia el compresor, después de haber atravesado el intercambiador interno.

Entre los intercambiadores internos utilizados clásicamente, la solución más corriente consiste en utilizar dos tubos planos soldados entre sí por soldadura de aleación con colectores en sus extremos distintos para las entradas y las salidas de fluido. Esta solución presenta el inconveniente de necesitar la adición de materiales de soldadura sobre los tubos y ocupa un considerable espacio.

Otros intercambiadores internos conocidos, como por ejemplo JP2003-121086 y JP2003-202197, utilizan un tubo perfilado extruido dentro del cual se acondicionan dos hileras de canales, una para la circulación del fluido caliente, a alta presión, y la otra para la circulación del fluido frío, a baja presión. Los colectores están enlazados con los tubos por medio de hendiduras practicadas en un lado del tubo. Esta solución ocupa un espacio que sigue siendo muy considerable.

Un circuito de climatización de este tipo necesita un gran número de componentes y de conexiones, lo que complica su fabricación, aumenta su coste y el espacio que ocupa. Por otro lado, está sujeto a riesgos de fugas, habida cuenta especialmente de la elevada presión del fluido refrigerante en estado gaseoso.

Para minimizar el número de componentes y sus conexiones, así como el espacio general ocupado por el circuito de climatización, otras soluciones han propuesto la integración o la combinación de algunos de los componentes del circuito.

Así, las patentes US6523365 y US2000-0752419 dan a conocer un conjunto integrado que comprende un acumulador y un intercambiador interno dispuestos de manera coaxial.

El intercambiador de calor interno tiene una forma general de espiral y se compone de dos tubos arrollados, uno para la circulación del fluido caliente y el otro para la circulación del fluido frío.

Se conoce asimismo, a tenor del documento FR2752921, un conjunto integrado que incluye un acumulador horizontal y un intercambiador interno que tiene una forma general de espiral. Entre los arrollamientos del intercambiador interno está previsto un distanciamiento para permitir la circulación del fluido frío, en tanto que el fluido caliente circula por el interior del tubo arrollado en espiral.

Las anteriores soluciones necesitan prever un espacio entre cada arrollamiento para crear el canal del fluido a baja presión. En consecuencia, éstas ocupan un considerable espacio diametral.

En la patente US2005/0103046, se propone un conjunto integrado que subsana los problemas del espacio diametral ocupado. El conjunto integrado incluye un cilindro externo y un cilindro interno acondicionado en el interior del cilindro externo, así como un acumulador. El cilindro interno se materializa en un tubo plano arrollado dotado de micro-canales para la circulación de fluido a alta presión.

Esta solución presenta el inconveniente de ocupar un considerable espacio longitudinal.

La invención viene a mejorar la situación al proponer un intercambiador de calor para circuito de climatización, que comprende al menos un tubo delimitador de un recorrido para la circulación de un primer fluido y de un segundo fluido, estando arrollado el tubo alrededor de un eje en orden a definir sucesivos arrollamientos.

De acuerdo con la invención, éste es un intercambiador según la reivindicación 1.

A continuación se reseñan características opcionales del intercambiador de calor según la invención, complementarias o sustitutivas:

- Los extremos de los canales principales son recibidos entre una tubería principal de entrada a propósito para recibir el primer fluido y una tubería principal de salida a propósito para entregar el primer fluido al exterior del intercambiador, en tanto que los extremos de los canales secundarios están en comunicación fluídica con una tubería secundaria de entrada a propósito para recibir el segundo fluido y una tubería secundaria de salida a propósito para entregar el segundo fluido al exterior del intercambiador.

- Cada tubería principal tiene una forma sensiblemente cilíndrica alrededor de un eje paralelo al eje del intercambiador y presenta una abertura adaptada para recibir a uno de los extremos del tubo.

- Cada tubería secundaria presenta unas aberturas alargadas en una parte de su pared para una comunicación fluídica con los canales secundarios.

- El intercambiador incluye una placa de unión que tiene una sección curvada de forma adaptada para pasar a alojarse entre el penúltimo arrollamiento externo del tubo y el último arrollamiento externo del tubo, en tanto que la tubería principal de entrada y la tubería secundaria de salida son solidarias con la placa de unión.

- El intercambiador incluye un alma interna de forma sensiblemente cilíndrica.

- El alma es monobloque.

- El alma se constituye a partir de varias partes imbricadas que aseguran la alimentación y la distribución del circuito primario y del circuito secundario así como el arrollamiento del o de los tubos.

- El alma se constituye a partir de dos partes coaxiales, incluyendo la primera parte una estructura rígida dotada en su contorno de gargantas e incluyendo la segunda parte una hoja metálica arrollada alrededor de la primera parte en orden a definir la tubería principal de salida y la tubería secundaria de entrada.

- Las tuberías secundarias de entrada y de salida comprenden una o varias aberturas alargadas en el eje del intercambiador en orden a estar en comunicación fluídica con los canales secundarios.

- Las aberturas están desplazadas radialmente y en el eje del intercambiador unas respecto a otras.

- La tubería secundaria de entrada incluye una o varias aberturas y está dividida en uno o varios canales de entrada, de modo que cada canal de entrada comunica con una al menos de las aberturas.

- El tubo está conformado como una pieza perfilada en uno u varios elementos.

- El tubo se obtiene por extrusión.

- Los canales principales del tubo presentan una sección sensiblemente circular.

La invención también concierne a la utilización de un intercambiador de calor, tal como se ha definido anteriormente, como intercambiador interno, en la que el primer fluido es un fluido a alta presión y el segundo fluido es un fluido a baja presión.

La invención propone además un conjunto integrado para un circuito de climatización... [Seguir leyendo]

1. Intercambiador de calor (1), para circuito de climatización, que comprende al menos un tubo (5) delimitador de un recorrido para la circulación de un primer fluido y de un segundo fluido, estando arrollado el tubo alrededor de un eje en orden a definir sucesivos arrollamientos, los arrollamientos sucesivos del tubo se hallan apretados estrechamente entre sí en orden a delimitar unos canales llamados secundarios (54) estancos, para la circulación del segundo fluido, quedando situados dichos canales secundarios (54) entre unas zonas saledizas de dicho tubo (5), y porque dicho tubo (5) presenta unos canales llamados principales (52) a nivel de las zonas saledizas, destinados para que el primer fluido pase a su través, caracterizado porque el tubo (5) incluye un perfil y porque el perfil del tubo (5) incluye, en una de sus caras, unas nervaduras determinadas por los canales principales (52) y unas ranuras (51) entre los canales principales, en tanto que la otra cara es sensiblemente plana, y porque cada canal secundario (54) para el segundo fluido queda delimitado por una ranura (51) entre dos nervaduras adyacentes de un arrollamiento dado y la cara plana del siguiente arrollamiento.

2. Intercambiador de calor según la reivindicación 1, caracterizado porque los extremos de los canales principales son recibidos entre una tubería principal de entrada (6) a propósito para recibir el primer fluido y una tubería principal de salida (32) a propósito para entregar el primer fluido al exterior del intercambiador, y porque los extremos de los canales secundarios (54) están en comunicación fluídica con una tubería secundaria de entrada (30) a propósito para recibir el segundo fluido y una tubería secundaria de salida (7) a propósito para entregar el segundo fluido al exterior del intercambiador.

3. Intercambiador de calor según la reivindicación 2, caracterizado porque cada tubería principal tiene una forma sensiblemente cilíndrica alrededor de un eje paralelo al eje del intercambiador y presenta una abertura (60, 320) adaptada para recibir a uno de los extremos del tubo (5).

4. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 2 y 3, caracterizado porque cada tubería secundaria presenta unas aberturas alargadas (34, 37) en una parte de su pared para una comunicación fluídica con los canales secundarios (54).

5. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque incluye una placa de unión (76) que tiene una sección curvada de forma adaptada para pasar a alojarse entre el penúltimo arrollamiento externo del tubo y el último arrollamiento externo del tubo, y porque la tubería principal de entrada (6) y la tubería secundaria de salida (7) son solidarias con la placa de unión (76).

6. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado porque incluye un alma interna (3) de forma sensiblemente cilíndrica.

7. Intercambiador de calor según la reivindicación 6, caracterizado porque el alma (3) es monoblo- que.

8. Intercambiador de calor según la reivindicación 6, caracterizado porque el alma (3) se constituye a partir de varias partes imbricadas (360, 38, 32) que aseguran la alimentación y la distribución del circuito primario y del circuito secundario así como el arrollamiento del o de los tubos (5).

9. Intercambiador de calor según la reivindicación 6, caracterizado porque el alma (3) se constituye a partir de dos partes coaxiales (33, 31), incluyendo la primera parte una estructura rígida dotada en su contorno de gargantas e incluyendo la segunda parte una hoja metálica arrollada alrededor de la primera parte en orden a definir la tubería principal de salida (32) y la tubería secundaria de entrada (30).

10. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 2 a 9, caracterizado porque las tuberías secundarias de entrada y de salida comprenden una o varias aberturas alargadas en el eje del intercambiador, en orden a estar en comunicación fluídica con los canales secundarios.

11. Intercambiador de calor según la reivindicación 10, caracterizado porque las aberturas (34) están desplazadas radialmente y en el eje del intercambiador unas respecto a otras.

12. Intercambiador de calor según la reivindicación 11, caracterizado porque la tubería secundaria de entrada (30) incluye una o varias aberturas (34) y porque está dividida en uno o varios canales de entrada (300), de modo que cada canal de entrada comunica con una al menos de las aberturas.

13. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el tubo (5) está conformado como una pieza perfilada de uno u varios elementos.

14. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el tubo (5) se obtiene por extrusión.

15. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los canales principales (52) del tubo presentan una sección sensiblemente circular.

16. Utilización de un intercambiador de calor según una de las reivindicaciones precedentes como intercambiador interno, en la que el primer fluido es un fluido a alta presión y el segundo fluido es un fluido a baja presión.

17. Conjunto integrado para un circuito de climatización que funciona con un fluido refrigerante, caracterizado porque incluye un intercambiador interno (9) según una de las reivindicaciones 2 a 15 y una carcasa (115) en la que va alojado el intercambiador interno, carcasa (115) que delimita un fondo, y porque la carcasa incluye una tubería auxiliar (4) acomodada al exterior de los arrollamientos del tubo (5), siendo la tubería auxiliar a propósito para recibir el segundo fluido y para conducirlo hacia el fondo de la carcasa en orden a enviar solamente la parte vaporizada del segundo fluido a la tubería secundaria de entrada (30).

18. Circuito de climatización que funciona con un fluido refrigerante, que comprende un compresor (14), un condensador (11), un elemento de expansión (12) y un evaporador (13), caracterizado porque incluye un conjunto integrado según la reivindicación 17, estando unida la tubería principal de entrada (6) al compresor (14) y estando unida la tubería auxiliar (7) al evaporador, en tanto que la tubería principal de salida (32) está unida al elemento de expansión (12) y la tubería secundaria de salida (30) está unida a la parte baja de un acumulador (17) y recibe la parte vaporizada del fluido.