Un conjunto de herramienta (510) para cortar metal, que comprende:

a. un soporte (534) que comprende un eje longitudinal, una pared superior exterior (540), una pared inferior exterior (538), una pared externa exterior (542) y por lo menos una cavidad (546), en el que la por lo menos una cavidad se extiende a través del soporte y comprende una primera abertura y una segunda abertura;

b. por lo menos un conjunto de varilla que comprende:

i. una guía (516) de varilla que tiene un extremo (518) de cabezal y un extremo (520) de cola;

ii. una varilla (512), que tiene una punta (514) conformada con una geometría de punta y situada en la guía de varilla, en la que la punta se extiende desde el extremo de cabezal de la guía de varilla,

en el que el por lo menos un conjunto de varilla se encuentra en la por lo menos una cavidad del soporte, caracterizado porque

el extremo (518) de cabezal de la guía (516) de varilla es capaz de extenderse desde la primera abertura de la por lo menos una cavidad (546) y en el que el extremo (520) de cola de la guía (516) de varilla es 15 capaz de extenderse desde la segunda abertura de la por lo menos una cavidad (546);

c. una arandela (548) se encuentra substancialmente junto a la pared inferior exterior (538) del soporte (534) y está adaptada para aplicar presión al extremo (520) de cola de la guía (516) de varilla para provocar que el por lo menos un conjunto de varilla se mueva una distancia por la por lo menos una cavidad (546) y la punta para se extienda más allá de la pared externa (542) del soporte cuando se ejerce una fuerza en la arandela (548);

d. un separador (560) se encuentra substancialmente junto a la pared superior exterior (540) del soporte (534) y está adaptado para aplicar presión al extremo (518) de cabezal de la guía (516) de varilla para provocar que el por lo menos un conjunto de varilla se mueva por lo menos una parte de la por lo menos una cavidad (546) para retraer la punta dentro de la pared externa (542) del soporte (534); y

e. un elemento de predisposición (562) se encuentra substancialmente junto al separador (560) de modo que, cuando se está usando, las puntas se extienden desde el portaherramientas para cortar la superficie de metal pero se retraen dentro del portaherramientas cuando el corte está completo.

Herramienta para hacer superficies con mejor transferencia de calor

Campo de la invención

La invención está relacionada generalmente con una herramienta y un método para formar superficies con mejor transferencia de calor.

Antecedentes de la Invención

Esta invención está relacionada con superficies con mejor transferencia de calor, como las superficies (y particularmente las superficies interiores) de tubos de transferencia de calor, que facilitan la transferencia de calor de un lado de la superficie al otro. Los tubos de transferencia de calor se utilizan comúnmente en equipos tales como, por ejemplo, evaporadores inundados, evaporadores de película descendente, evaporadores por rociado, enfriadores de absorción, condensadores, refrigeradores de expansión directa y refrigeradores y calentadores de fase única, utilizados en las industrias de refrigeración, químicas, petroquímicas y de tratamiento de alimentos. En estas aplicaciones puede utilizarse una variedad de medios de transferencia de calor, incluyendo, pero no limitado a, agua pura, una mezcla de glicol y agua, cualquier tipo de refrigerante (como R-22, R-134a, R-123, etc.) , amoniaco, fluidos petroquímicos y otras mezclas.

Un tubo ideal de transferencia del calor permitiría al calor fluir completamente desinhibido desde el interior del tubo al exterior del tubo y viceversa. Sin embargo, tal flujo libre de calor a través del tubo es frustrado generalmente por la resistencia a la transferencia de calor. La resistencia total del tubo a la transferencia de calor se calcula sumando las resistencias individuales desde el exterior al interior del tubo o viceversa. Para mejorar la eficiencia de transferencia de calor del tubo, los fabricantes de tubos se han esforzado en descubrir maneras de reducir la resistencia total del tubo. Una de tales maneras es mejorar la superficie exterior del tubo, tal como formando aletas en la superficie exterior.

Como resultado de avances recientes para mejorar la superficie exterior del tubo (véase, por ejemplo, las patentes de EE.UU. nº. 5.697.430 y 5.996.686) , sólo una pequeña parte de la resistencia total del tubo es atribuible al exterior del tubo. Por ejemplo, un tubo típico de evaporador utilizado en un enfriador inundado con una superficie exterior mejorada pero superficie interior suave tiene normalmente una proporción de resistencia interior: resistencia exterior de 10:1. Idealmente, se quiere obtener una proporción de resistencia interior a exterior de 1:1. Se convierte en lo más importante, por lo tanto, el desarrollo de mejoras en la superficie interior del tubo que reduzcan significativamente la resistencia del lado de tubo y mejoren las prestaciones totales de transferencia de calor del tubo.

Se sabe cómo proporcionar tubos de transferencia de calor con surcos y lomas alternas en sus superficies interiores. Los surcos y las lomas cooperan para aumentar la turbulencia de los medios fluidos de transferencia de calor, tal como agua, suministrados dentro del tubo. Esta turbulencia aumenta la mezcla de fluidos cerca de la superficie interior del tubo para reducir o eliminar virtualmente el desarrollo de la capa límite del medio fluido cercano a la superficie interior del tubo. La resistencia térmica de la capa límite resta significativamente prestaciones de transferencia de calor al aumentar la resistencia del tubo a la transferencia de calor. Los surcos y las lomas también proporcionan un área superficial extra para el intercambio adicional de calor. Esta premisa básica se enseña en la patente de EE.UU. nº 3.847.212 de Withers, Jr. et al.

El patrón, las formas y los tamaños de los surcos y las lomas en la superficie interior del tubo pueden cambiarse para aumentar aún más las prestaciones de intercambio de calor. Con este fin, los fabricantes de tubos han invertido mucho para experimentar con diseños alternativos, incluyendo los descritos en la patente de EE.UU. nº 5.791.405 de Takima et al., las patentes de EE.UU. nº 5.332.034 y 5.458.191 de Chiang et al., y la patente de EE.UU. nº

5.975.196 de Gaffaney et al.

Además, algunos tipos de superficies de transferencia de calor trabajan utilizando el cambio de fase de un líquido para absorber calor. De este modo, las superficies de transferencia de calor a menudo incorporan una superficie para mejorar la ebullición o evaporación. generalmente se sabe que las prestaciones de transferencia de calor de una superficie pueden mejorarse aumentando los sitios de nucleación en las superficies de ebullición, induciendo la agitación cerca de una superficie de transferencia de calor de fase única o aumentando el área y los efectos de tensión superficial en superficies de condensación. Un método para aumentar la ebullición o evaporación es hacer áspera la superficie de transferencia de calor mediante métodos de sintetización, fundido por radiación o ataque químico para formar una capa porosa sobre la misma. Una superficie de transferencia de calor que tiene una capa tan porosa se sabe que exhibe mejores características de transferencia de calor que una superficie lisa. Sin embargo, los vacíos o celdas formados por los susodichos métodos son pequeños y las impurezas contenidas en el líquido en ebullición los pueden atascar de modo que se perjudican las prestaciones de transferencia de calor de la superficie. Adicionalmente, dado que los vacíos o celdas formados no son de tamaño o dimensiones uniformes, las prestaciones de transferencia de calor pueden variar a lo largo de la superficie. Además, los tubos conocidos de transferencia de calor que incorporan superficies de ebullición o evaporación a menudo necesitan múltiples etapas o pasadas con herramientas para crear la superficie final.

Los fabricantes de tubos han invertido mucho para experimentar con diseños alternativos, incluyendo los descritos en la patente de EE.UU. nº 4.561.497 de Nakajima et al., la patente de EE.UU. nº 4.602.681 de Daikoku et al., la patente de EE.UU. nº 4.606.405 de Nakayama et al., la patente de EE.UU. nº 4.653.163 de Kuwahara et al., la patente de EE.UU. nº 4.678.029 de Sasaki et al., la patente de EE.UU. nº 4.794.984 de Lin y la patente de EE.UU. nº

5.351.397 de Angeli. El preámbulo de la reivindicación 1 se basa en el documento DE 8606993U.

Si bien todos estos diseños de superficie tratan de mejorar las prestaciones de transferencia de calor de la superficie, permanece la necesidad en la industria de continuar mejorando los diseños de tubo modificando los diseños existentes y creando unos nuevos que aumenten las prestaciones de transferencia de calor. Adicionalmente, también existe la necesidad de crear diseños y patrones que puedan ser transferidos a las superficies de transferencia de calor más rápidamente y de manera más rentable. Según se describe más adelante, las geometrías de las superficies de transferencia de calor de la invención, así como las herramientas para formar esas geometrías, tienen prestaciones de transferencia de calor significativamente mejoradas.

Sumario de la invención

La invención está relacionada con un conjunto de herramienta que puede ser utilizado para mejorar superficies de transferencia de calor, tal como las que pueden formarse en un tubo, y con ello mejorar las prestaciones de transferencia de calor de los tubos utilizados en por lo menos todas las susodichas aplicaciones (es decir, evaporadores inundados, evaporadores de película descendente, evaporadores por rociado, enfriadores de absorción, condensadores, refrigeradores de expansión directa y refrigeradores y calentadores de fase única, utilizados en las industrias de refrigeración, químicas, petroquímicas y de tratamiento de alimentos) .

El conjunto de herramienta incluye unas varillas que tienen unas puntas configuradas para formar las superficies deseadas y situadas en un portaherramientas. El conjunto de herramienta se configura de modo que, cuando está en uso, las puntas se extienden desde el portaherramientas para cortar la superficie de tubo pero se retraen dentro del portaherramientas cuando el corte está completo. De esta manera, se protegen las puntas para que no se desportillen o emboten cuando no están en uso. Las varillas se hacen preferiblemente de carburo. El carburo más fuerte sólo está disponible en forma de varilla. De este modo, con la configuración de varilla de la invención, las puntas pueden formarse del material disponible más fuerte para cortar. Pueden impartirse diferentes geometrías a las puntas de la varilla para crear superficies diferentes. Sin embargo,... [Seguir leyendo]

1. Un conjunto de herramienta (510) para cortar metal, que comprende:

a. un soporte (534) que comprende un eje longitudinal, una pared superior exterior (540) , una pared inferior exterior (538) , una pared externa exterior (542) y por lo menos una cavidad (546) , en el que la por lo menos una cavidad se extiende a través del soporte y comprende una primera abertura y una segunda abertura;

b. por lo menos un conjunto de varilla que comprende:

i.una guía (516) de varilla que tiene un extremo (518) de cabezal y un extremo (520) de cola;

ii.una varilla (512) , que tiene una punta (514) conformada con una geometría de punta y situada en la guía de varilla, en la que la punta se extiende desde el extremo de cabezal de la guía de varilla,

en el que el por lo menos un conjunto de varilla se encuentra en la por lo menos una cavidad del soporte,

caracterizado porque

el extremo (518) de cabezal de la guía (516) de varilla es capaz de extenderse desde la primera abertura de la por lo menos una cavidad (546) y en el que el extremo (520) de cola de la guía (516) de varilla es capaz de extenderse desde la segunda abertura de la por lo menos una cavidad (546) ;

c. una arandela (548) se encuentra substancialmente junto a la pared inferior exterior (538) del soporte

(534) y está adaptada para aplicar presión al extremo (520) de cola de la guía (516) de varilla para provocar que el por lo menos un conjunto de varilla se mueva una distancia por la por lo menos una cavidad (546) y la punta para se extienda más allá de la pared externa (542) del soporte cuando se ejerce una fuerza en la arandela (548) ;

d. un separador (560) se encuentra substancialmente junto a la pared superior exterior (540) del soporte

(534) y está adaptado para aplicar presión al extremo (518) de cabezal de la guía (516) de varilla para provocar que el por lo menos un conjunto de varilla se mueva por lo menos una parte de la por lo menos una cavidad (546) para retraer la punta dentro de la pared externa (542) del soporte (534) ; y

e. un elemento de predisposición (562) se encuentra substancialmente junto al separador (560) de modo que, cuando se está usando, las puntas se extienden desde el portaherramientas para cortar la superficie de metal pero se retraen dentro del portaherramientas cuando el corte está completo.

2. El conjunto de herramienta de la reivindicación 1, en el que la por lo menos una cavidad (546) se extiende con un ángulo de entre 0° y 90°, inclusive, con respecto al eje longitudinal del soporte (534) .

3. El conjunto de herramienta de la reivindicación 1 o 2, en el que la posición de la varilla (512) en la guía (516) de varilla es ajustable.

4. El conjunto de herramienta de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la varilla (512) es desmontable de la guía (516) de varilla.

5. El conjunto de herramienta de la reivindicación 4, en el que la punta (514) de la varilla (512) puede volverse a conformar y puede volverse a colocar en la guía (516) de varilla.

6. El conjunto de herramienta de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el por lo menos un conjunto de varilla comprende una pluralidad de conjuntos de varilla, y en el que varía la geometría de punta de las puntas (514) de las varillas de por lo menos dos de la pluralidad de conjuntos de varilla.

7. El conjunto de herramienta de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que por lo menos un conjunto de varilla es desmontable del soporte (534) .

8. El conjunto de herramienta de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la arandela (548) comprende una base (552) y por lo menos un diente (554) que tiene una altura y se extiende desde la base, en el que la base está adaptada para aplicar presión al extremo (520) de cola de la guía (516) de varilla y en el que la altura de la por lo menos un diente controla por lo menos parcialmente la distancia que se mueve el conjunto de varilla por la por lo menos una cavidad (546) .

9. El conjunto de herramienta de cualquier reivindicación anterior, en el que el elemento de predisposición (562) está adaptado para expandirse cuando la fuerza se relaja para ejercer una fuerza de expansión en el separador (560) .

10. El conjunto de herramienta de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento de predisposición (562) comprende un resorte.

11. El conjunto de herramienta de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la punta (514) está adaptada para formar salientes en una superficie interior de un tubo (10, 100) cortando y levantando metal.

12. El conjunto de herramienta de la reivindicación 11, en el que la geometría de punta comprende por lo menos un borde cortante (14, 360, 370) .

13. El conjunto de la herramienta de la reivindicación 11, en el que la geometría de punta comprende por lo menos dos bordes cortantes (360, 370) .

14. El conjunto de herramienta de las reivindicaciones 11 a 13, en el que la geometría de punta comprende por lo 10 menos un borde de levantamiento (15) .

15. Un método para formar salientes en la superficie interior de un tubo (10, 100) que comprende:

a. proporcionar un conjunto de herramienta (510) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores;

b. colocar el conjunto de herramienta en el tubo;

c. provocar la rotación y el movimiento axial relativo entre el tubo y el conjunto de herramienta; y 15 d. formar unos salientes (2, 110) en la superficie interior del tubo con la punta.

16. El método de la reivindicación 15, que comprende además ejercer una fuerza sobre la arandela (548) , en el que la fuerza hace que la arandela aplique presión al extremo (520) de cola de la guía de varilla para provocar que el por lo menos un conjunto de varilla (512, 516) se mueva una distancia por la por lo menos una cavidad (546) y la punta

(514) se extienda más allá de la pared externa (542) del soporte (534) ;

17. El método de la reivindicación 15 o 16, que comprende además aplanar los salientes (2, 110) , doblar los salientes o inclinar los salientes adyacentes entre sí para formar unas cavidades de ebullición nucleadas.

18. El método de cualquiera de las reivindicaciones 15 a 17, que comprende además quitar la varilla (512) del portaherramientas (534) , volver a conformar la punta de la varilla y volver a colocar la varilla en el portaherramientas.