Intercambiador de calor con microcanales con distribución de refrigerante mejorada.

Un intercambiador de calor (30) con microcanales, que comprende:

una pluralidad de tubos de transferencia de calor (36);

un colector (34) para comunicar el refrigerante adentro de dicha pluralidad de tubos de transferencia de calor; y una pieza de inserción (32) de distribuidor que se puede conectar a una fuente de refrigerante y que tiene una pluralidad de orificios (42) en una periferia exterior de dicha pieza de inserción de distribuidor,

caracterizado por unos elementos divisores (44) en una pared exterior de dicha pieza de inserción de distribuidor de tal manera que se define una pluralidad de cámaras de distribución (46) y se asocian con dicha pluralidad de tubos de transferencia de calor, en donde la pluralidad de orificios se disponen para distribuir uniformemente el refrigerante en dos fases adentro de la pluralidad de cámaras de distribución.

Intercambiador de calor con microcanales con distribución de refrigerante mejorada Antecedentes de la invención Esta solicitud está relacionada con intercambiadores de calor con microcanales de sistemas refrigerantes que utilizan una pieza de inserción de distribuidor montada dentro de un colector, y más particularmente con intercambiadores de calor que incorporan unos elementos divisores que separan el colector en una pluralidad de cámaras, cada una asociada con por lo menos un tubo de intercambio de calor. El documento JP-6-159983 describe un intercambiador de calor según se define en el preámbulo de la reivindicación 1.

En los últimos años, buena parte del interés y el esfuerzo de diseño se ha centrado en un funcionamiento eficiente de los intercambiadores de calor (y los condensadores y evaporadores en particular) de los sistemas refrigerantes. Un avance relativamente reciente en la tecnología de los intercambiadores de calor es el desarrollo y la aplicación de intercambiadores de calor de flujo paralelo, o denominados de microcanales o minicanales, (estos dos términos se utilizan indistintamente en el texto) , como los condensadores y los evaporadores. Además, a través del texto, se hará referencia a un intercambiador de calor por rechazo de calor como un condensador, entendiendo que el intercambiador de calor por rechazo de calor puede funcionar como un refrigerador de gas, por lo menos una parte del tiempo.

Este tipo de intercambiadores de calor con microcanales están provistos de una pluralidad de tubos paralelos de intercambio de calor, entre los que el refrigerante se distribuye y fluye de manera paralela. Los tubos de intercambio de calor se orientan generalmente de manera substancialmente perpendicular a la dirección de flujo del refrigerante en los colectores de entrada, de salida e intermedios que están en comunicación de flujo con los tubos de intercambio de calor. Cuando se utiliza en aplicaciones de condensador y de evaporador, estos intercambiadores de calor pueden diseñarse con una configuración de múltiples pasos, típicamente con una pluralidad de tubos paralelos de intercambio de calor dentro de cada paso de refrigerante, con el fin de obtener superiores prestaciones mediante el equilibrado y la optimización de las características de transferencia de calor y de caída de presión. Las configuraciones mono-paso son típicamente más deseables en las aplicaciones de evaporador, dado que la caída de presión de refrigerante juega un papel dominante en las prestaciones del evaporador.

Sin embargo, ha habido algunos obstáculos para la utilización de intercambiadores de calor con microcanales en un sistema refrigerante. En particular, un problema, conocido como mala distribución de refrigerante, se produce típicamente en los colectores del intercambiador de calor de microcanales cuando el flujo en dos fases entra en el colector. Una fase de vapor del flujo de dos fases tiene propiedades significativamente diferentes, se mueve a velocidades diferentes y es sometida a diferentes efectos de las fuerzas internas y externas que en una fase líquida. Esto hace que la fase de vapor se separe de la fase líquida y fluya de manera independiente. La separación de la fase de vapor y la fase líquida ha planteado unos retos, tales como la mala distribución de refrigerante en los intercambiadores de calor de flujo paralelo.

En ciertos sistemas refrigerantes se sabe utilizar una pieza de inserción de distribuidor para entregar refrigerante a un colector de evaporador (véase, por ejemplo, el documento JP 6-159983) . Tales sistemas se han empleado en sistemas de comercio refrigerados, tal como vitrinas de refrigeración. La pieza de inserción de distribuidor de entrada propuesta utilizada en vitrinas de refrigerantes no resolvería el problema de la mala distribución de refrigerante mencionada antes.

Otro intercambiador de calor propuesto se construye con una pluralidad de placas. Los canales de refrigerante de intercambio de calor se forman de placas espaciadas, y unos extremos a distancia de esas placas espaciadas proporcionan unas cámaras (plenums) de entrada para cada canal de refrigerante. Las placas separan unas cámaras (plenums) adyacentes, y un tubo de pieza de inserción se extiende a través de las placas y adentro de las cámaras (plenums) . Este tubo incluye una pluralidad de orificios que dirigen el refrigerante adentro de las cámaras (plenums) individuales. Esta disposición no sería práctica para los intercambiadores de calor con microcanales, y sólo sería una construcción práctica para el tipo de intercambiador de calor formado por placas espaciadas.

Compendio de la invención La presente invención proporciona un intercambiador de calor con microcanales que comprende: una pluralidad de tubos de transferencia de calor; un colector para comunicar el refrigerante adentro de dicha pluralidad de tubos de transferencia de calor; y una pieza de inserción de distribuidor que se puede conectar a una fuente de refrigerante y que tiene una pluralidad de orificios en una periferia exterior de dicha pieza de inserción de distribuidor, caracterizado por unos elementos divisores en una pared exterior de dicha pieza de inserción de distribuidor de tal manera que se define una pluralidad de cámaras de distribución y se asocian con dicha pluralidad de tubos de transferencia de calor, en donde la pluralidad de orificios se disponen para dirigir uniformemente el refrigerante de adentro de la pluralidad de cámaras de distribución.

En una realización, el colector de intercambiador de calor es un colector de entrada de un evaporador y, en otra realización, el colector de intercambiador de calor es un colector intermedio de un condensador o un evaporador.

Si bien todas las cámaras de separación pueden tener un tamaño idéntico y los elementos divisores de distribuidor estar espaciados uniformemente, en una realización, tienen un tamaño variable para afinar aún más la distribución de refrigerante. Aunque la invención se describe en relación con un refrigerante en dos fases, también es aplicable a un refrigerante de una sola fase y a mezclas de refrigerante-aceite.

Estas y otras características de la presente invención pueden entenderse mejor a partir de la siguiente memoria descriptiva y de los dibujos, a continuación hay una breve descripción.

Breve descripción de los dibujos La Figura 1 muestra esquemáticamente un ejemplo básico de sistema refrigerante.

La Figura 2 muestra una parte de un colector de entrada de un intercambiador de calor inventivo.

La Figura 3 muestra una parte de un colector intermedio de un intercambiador de calor inventivo.

La Figura 4 muestra un ejemplo de diseño de una pieza de inserción de distribuidor.

La Figura 5A muestra una vista en sección transversal de un ejemplo de tubo de transferencia de calor.

La Figura 5B muestra una vista en sección transversal de un ejemplo de elemento divisor.

La Figura 5C muestra una vista lateral de un ejemplo de elemento divisor de la Figura 5B.

La Figura 5D muestra una vista en sección transversal de otro ejemplo de elemento divisor.

La Figura 5E muestra una vista lateral de un ejemplo de elemento divisor de la Figura 5D.

Descripción detallada de una realización preferida En la Figura 1 se ilustra un ejemplo básico de sistema refrigerante 20, que incluye un compresor 22 que comprime un refrigerante y lo entrega aguas abajo a un condensador 24. Desde el condensador 24 el refrigerante pasa a través de un dispositivo de expansión 26 a una tubería 28 de refrigerante de entrada que lleva a un evaporador 30. Desde el evaporador 30, el refrigerante se retorna al compresor 22 para completar el circuito cerrado de refrigerante.

En la Figura 2 se ilustra una parte del evaporador 30, que incluye un colector 34 de entrada de refrigerante que incorpora la presente invención. El evaporador 30 es un intercambiador de calor con microcanales, tales intercambiadores de calor se benefician particularmente de este diseño y construcción inventivos. Los beneficios de esta invención pueden extenderse a otras aplicaciones, tal como, por ejemplo aplicaciones de condensador.

Aunque los beneficios de la invención se describirán haciendo referencia a un flujo de refrigerante en dos fases que pasa a través del intercambiador de calor, los flujos de refrigerante en una sola fase y las mezclas de refrigeranteaceite también están dentro del alcance y pueden beneficiarse de la invención.

Como se muestra en la Figura 2, la tubería 28 de refrigerante de entrada tiene comunicación de fluidos con una pieza de inserción 32 de distribuidor, que proporciona un recorrido de flujo de refrigerante a lo largo de su eje longitudinal.... [Seguir leyendo]

1. Un intercambiador de calor (30) con microcanales, que comprende:

una pluralidad de tubos de transferencia de calor (36) ;

un colector (34) para comunicar el refrigerante adentro de dicha pluralidad de tubos de transferencia de calor; y una pieza de inserción (32) de distribuidor que se puede conectar a una fuente de refrigerante y que tiene una pluralidad de orificios (42) en una periferia exterior de dicha pieza de inserción de distribuidor, caracterizado por unos elementos divisores (44) en una pared exterior de dicha pieza de inserción de distribuidor de tal manera que se define una pluralidad de cámaras de distribución (46) y se asocian con dicha pluralidad de tubos de transferencia de calor, en donde la pluralidad de orificios se disponen para distribuir uniformemente el refrigerante en dos fases adentro de la pluralidad de cámaras de distribución.

2. El intercambiador de calor según la reivindicación 1, en donde dicha pieza de inserción de distribuidor y dichos elementos divisores mejoran la distribución de refrigerante en dicho intercambiador de calor.

3. El intercambiador de calor según la reivindicación 1, en donde dichos elementos divisores están espaciados uniformemente a lo largo de una longitud de dicha pieza de inserción de distribuidor.

4. El intercambiador de calor según la reivindicación 1, en donde dichos elementos divisores se conectan a dicha pieza de inserción de distribuidor mediante una conexión mecánica o una adhesión química.

5. El intercambiador de calor según la reivindicación 1, en donde la pieza de inserción de distribuidor tiene una forma de sección transversal redonda.

6. El intercambiador de calor según la reivindicación 1, en donde dicho colector tiene un calibre interno con una forma de sección transversal redonda.

7. El intercambiador de calor según la reivindicación 1, en donde el refrigerante que pasa a través de dicha pieza de inserción de distribuidor es un refrigerante en dos fases.

8. Un sistema refrigerante que comprende:

un compresor, dicho compresor es para comprimir un refrigerante y entregar dicho refrigerante aguas abajo a un condensador, el refrigerante desde dicho condensador pasa a través de un dispositivo de expansión y luego a un evaporador, por lo menos uno de dicho condensador y dicho evaporador es un intercambiador de calor según la reivindicación 1.

9. El sistema refrigerante según la reivindicación 8, en donde dicha pieza de inserción de distribuidor se extiende desde un extremo aguas arriba de dicho colector hacia un extremo aguas abajo de dicho colector, y el tamaño de dichas cámaras de separación definidas entre los adyacentes de dichos elementos divisores se determina para optimizar el flujo de refrigerante dentro de la pluralidad de tubos de transferencia de calor.

10. El sistema refrigerante según la reivindicación 8, en donde dicha pluralidad de tubos de transferencia de calor, cada uno incluye una pluralidad de canales, están espaciados generalmente perpendiculares a una dirección de aguas arriba a aguas abajo de dicha pieza de inserción de distribuidor.

11. El intercambiador de calor o el sistema refrigerante según la reivindicación 1 o 8, en donde el intercambiador de calor es un evaporador, y dicho colector es un colector de entrada.

12. El intercambiador de calor o el sistema refrigerante según la reivindicación 1 o 8, en donde dicho colector es un colector intermedio.

13. El intercambiador de calor o el sistema refrigerante según la reivindicación 1 o 12, en donde dicha pieza de inserción de distribuidor se extiende sólo a lo largo de una parte de dicho colector, y no se alinea con los tubos de transferencia de calor que se comunican adentro de dicho colector, pero se alinea con los tubos de transferencia de calor que se comunican afuera de dicho colector.

14. El intercambiador de calor o el sistema refrigerante según la reivindicación 1 o 8, en donde dichos elementos divisores son unas placas planas que tienen una parte de recorte en una periferia exterior para proporcionar una holgura para dichos tubos de transferencia de calor.