MINI CANAL INTERCAMBIADOR DE CALOR CON CABEZAL DE DIMENSIÓN REDUCIDA.

Mini canal intercambiador de calor con cabezal de dimensión reducida. Campo del invento Este invento se refiere en general a intercambiadores de calor que tienen una pluralidad de tubos paralelos que se extienden entre un primer cabezal y un segundo cabezal como se ha definido en el preámbulo de la reivindicación 1 y, más particularmente, para mejorar la distribución del flujo del fluido entre los tubos que reciben el flujo del fluido desde el cabezal de un intercambiador de calor, por ejemplo un intercambiador de calor en un sistema de compresión de vapor refrigerante. El documento US-B1- 6.340.055 define tal intercambiador de calor. Antecedentes del invento Los sistemas de compresión de vapor refrigerante son bien conocidos en la técnica. Los acondicionadores de aire y bombas de calor que emplean ciclos de compresión de vapor refrigerante son comúnmente utilizados para enfriar o enfriar/calentar aire suministrado a una zona de confort de clima controlado dentro de una residencia, edificio de oficinas, hospital, colegio, restaurante u otras instalaciones. Los sistemas de compresión de vapor refrigerante son también comúnmente utilizados para enfriar aire para proporcionar un ambiente refrigerado para artículos alimenticios y productos de bebida dentro de vitrinas de supermercados, tiendas 24 horas, tiendas de ultramarinos, cafeterías, restaurantes y otros establecimientos de servicio de comida. De manera convencional, estos sistemas de compresión de vapor refrigerante incluyen un compresor, un condensador, un dispositivo de expansión, y un evaporador conectados en comunicación de flujo refrigerante. Los componentes del sistema refrigerante básico antes mencionado están interconectados por tuberías de refrigerante en un circuito refrigerante cerrado y dispuesto de acuerdo con el ciclo de compresión de vapor empleado. Un dispositivo de expansión, comúnmente una válvula de expansión o un dispositivo de dosificación de ánima fijo, tal como un orificio o un tubo capilar, está dispuesto en la tubería de refrigerante en una posición aguas arriba del circuito refrigerante con respecto al flujo refrigerante del evaporador y aguas abajo del condensador. El dispositivo de expansión funciona para expandir el refrigerante líquido que pasa a través de la tubería de refrigerante recorriendo desde el condensador al evaporador a una presión y temperatura inferior. Al hacerlo, una parte del refrigerante líquido que atraviesa el dispositivo de expansión se expande a vapor. Como resultado, en sistemas de compresión de vapor refrigerante convencional de este tipo, el flujo refrigerante que entra en el vapor constituye una mezcla de dos fases. Los porcentajes particulares de refrigerante líquido y refrigerante vapor dependen del dispositivo de expansión particular empleado y del refrigerante en uso, por ejemplo R- 12, R-22, R-134a, R-404A, R-410A, R407C, amoníaco, dióxido de carbono u otro fluido comprimible. En algunos sistemas de compresión de vapor refrigerante, el evaporado es un intercambiador de calor de tubos paralelos. Tales intercambiadores de calor tienen una pluralidad de trayectos de flujo refrigerante paralelo a su través proporcionados por una pluralidad de tubos que se extienden en relación paralela entre un cabezal de entrada y un cabezal de salida. El cabezal de entrada recibe el flujo de refrigerante desde el circuito refrigerante y distribuye el flujo refrigerante entre la pluralidad de trayectos de flujo a través del intercambiador de calor. El cabezal de salida sirve para recoger el flujo de refrigerante cuando deja los trayectos de flujo respectivos y para dirigir el flujo recogido de nuevo a la tubería de refrigerante para volver al compresor en un intercambiador de calor de paso único o a través de un banco adicional de tubos de intercambio de calor en un intercambiador de calor de múltiples pasos. Históricamente, los intercambiadores de calor de tubos paralelos utilizados en tales sistemas de compresión de vapor refrigerante han utilizado tubos redondos, que tienen típicamente un diámetro de 7 mm. Más recientemente, se están utilizando tubos planos, de dimensión rectangular, de múltiples canales en intercambiadores de calor para sistemas de compresión de vapor refrigerante. Cada tubo de múltiples canales tiene una pluralidad de canales de flujo que se extienden longitudinalmente en relación paralela a la longitud del tubo, proporcionando cada canal un trayecto de flujo refrigerante de pequeña área de flujo. Así, un intercambiador de calor con tubos de múltiples canales que se extienden en relación paralela entre los cabezales interior y exterior del intercambiador de calor tendrán un número relativamente mayor de trayectos de flujo refrigerante de área pequeña de flujo que se extienden entre los dos encabezamientos. En contraste, un intercambiador de calor de tubos paralelos con tubos redondos convencionales tendrá un número relativamente pequeño de trayectos de flujo de área grande de flujo que se extienden entre los cabezales de entrada y de salida. Un problema asociado con intercambiadores de calor que tienen tubos planos, rectangulares que se extienden entre un cabezal de entrada y un cabezal de salida frente a intercambiadores de calor que tienen tubos redondos es la conexión de los extremos de entrada de los tubos al cabezal de entrada. Convencionalmente, el cabezal de entrada es un cilindro axialmente alargado de sección transversal circular provisto con una pluralidad de ranuras rectangulares cortadas en su pared a intervalos axialmente espaciados a lo largo de la longitud del cabezal. Cada ranura está adaptada para recibir el extremo de entrada de uno de los tubos de intercambio de calor planos, rectangulares con las entradas a los distintos canales de flujo abiertos a la cámara del cabezal, por lo que el fluido dentro de la cámara del cabezal de entrada puede fluir a los múltiples canales de flujo de las distintos tubos de intercambio de calor abiertos a la cámara. Como los tubos de 2 E05855857 30-11-2011   intercambio de calor planos, rectangulares tienen una dimensión lateral significativamente mayor que el diámetro de los tubos redondos convencionales, los diámetros de los cabezales cilíndricos redondos asociados con intercambiadores de calor de tubos planos convencionales son significativamente mayores que los diámetros de los cabezales asociados con intercambiadores de calor de tubo redondo para una tasa de flujo de fluido volumétrica comparable. Una distribución no uniforme, también denominada como una mala distribución, del flujo refrigerante de dos fases es un problema común en intercambiadores de calor de tubos paralelos que impactan de manera adversa a la eficiencia del intercambiador de calor. Los problemas de la mala distribución de dos fases son provocados por la diferencia de densidad del refrigerante de fase vapor y del refrigerante de fase líquida presentes en el cabezal de entrada debido a la expansión del refrigerante cuando ha atravesado el dispositivo de expansión de aguas arriba. Una solución para controlar la distribución del flujo de refrigeración a través de tubos paralelos en un intercambiador de calor por evaporación está descrita en el documento US nº 6.502.413, de Repice y col. En el sistema de compresión de vapor refrigerante descrito ahí, el refrigerante líquido a alta presión procedente del condensador es parcialmente expandido en un valor de expansión en línea convencional aguas arriba del cabezal de entrada del intercambiador de calor a un refrigerante líquido a presión inferior. Una restricción, tal como un simple estrechamiento en el tubo o una placa de orificio interna dispuesta dentro del tubo, está prevista en cada tubo conectado al cabezal de entrada aguas abajo de la entrada del tubo para completar la expansión a una mezcla de refrigerante líquido/vapor a baja presión después de entrar en el tubo. Otra solución para controlar la distribución de flujo de refrigeración a través de tubos paralelos en un intercambiador de calor por evaporación está descrita en la patente japonesa nº JP 4080575, Kanzaki y col. EN el sistema de compresión de vapor refrigerante descrito en ella, el refrigerante líquido a alta presión procedente del condensador es también parcialmente expandido en un valor de expansión en línea convencional a un refrigerante líquido a presión inferior aguas arriba de una cámara de distribución del intercambiador de calor. Una placa que tiene una pluralidad de orificios se extiende a través de la cámara. El refrigerante líquido de presión inferior se expande cuando pasa a través de los orificios a una mezcla líquido/vapor a presión baja 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 JP 2002022313, de Yasushi, describe un intercambiador de calor... [Seguir leyendo]

al menos un tubo (40) de intercambio de calor que define una pluralidad de trayectos (42) de flujo de fluido discreto a su través y que tiene una abertura de entrada (43) para dicha pluralidad de trayectos de flujo de fluido, siendo dicho al menos un tubo (40) de intercambio de calor de forma plana generalmente rectangular, y con una dimensión lateral, W; un cabezal (20) que define una cámara (25) para recoger un fluido, siendo dicha cabezal un miembro tubular alargado que tiene una dimensión lateral, D, en que la dimensión lateral D es menor que la dimensión lateral W; y caracterizado por un conector de transición (50) que tiene un cuerpo que tiene un extremo de entrada (51) y un extremo exterior (59) y que define un trayecto (55) de flujo de fluido divergente que se extiende entre ellos expandiéndose en sección transversal en la dirección del flujo de fluido a su través, y una boquilla tubular (56) que se extiende hacia afuera de dicho cuerpo y que define un paso (53) de flujo de fluido entre la cámara (25) de dicha cabezal (20) y el trayecto (55) de flujo de fluido a través de dicho cuerpo de dicho conector de transición (50). 2. Un intercambiador de calor (10) según la reivindicación 1, en el que el extremo exterior (59) del cuerpo de dicho conector de transición (50) está adaptado para recibir al menos dicho tubo (40) de intercambio de calor, y dicha boquilla (56) se extiende hacia fuera desde el extremo de entrada (51) de dicho cuerpo. 3. Un intercambiador de calor (10) según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que dicha boquilla tubular (56) de dicho conector de transición (50) tiene una salida que se abre a dicho trayecto (55) de flujo de fluido a su través en un extremo distal de dicha boquilla (56) y en comunicación de flujo con el extremo de entrada (51) de dicho cuerpo de dicho conector de transición (50) y una entrada (57) que se abre a dicho trayecto (55) de flujo de fluido a su través en un extremo proximal de dicha boquilla (56) y en comunicación de flujo de fluido con la cámara (25) de dicha cabezal (20). 4. Un intercambiador de calor (10) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicha boquilla tubular (56) es un miembro tubular cilíndrico que tiene un diámetro, d, relativamente pequeño. 5. El intercambiador de calor según la reivindicación 1, la reivindicación 2 o la reivindicación 3, en el que dicha boquilla tubular (56) tiene una dimensión lateral d, siendo la dimensión lateral d menor que la dimensión lateral W. 6. El intercambiador de calor según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que al menos dicho tubo (40) de intercambio de calor tiene una sección transversal rectangular. 7. El intercambiador del calor según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que al menos dicho tubo (40) de intercambio de calor tiene una sección transversal ovalada. 7 E05855857 30-11-2011   8 E05855857 30-11-2011   9 E05855857 30-11-2011