TUBO DE TRANSFERENCIA DE CALOR PARA SUMINISTRAR AGUA CALIENTE.

Un intercambiador de calor de agua (30) que comprende: un primer tubo de transferencia de calor (70) configurado para el flujo de agua caliente como un primer fluido y para el intercambio de calor entre su interior y su exterior y que tiene una superficie exterior (71),

en el que una pluralidad de proyecciones (713) se dispone en al menos una parte de la superficie interior de una porción situada en una sección en la que el número de Reynolds (Re) del citado primer fluido que va a circular en el citado interior es inferior a 7.000, estando formadas las citadas proyecciones en la superficie interior por la formación de entalladuras en la citada superficie exterior (71) que se caracteriza por un segundo tubo de transferencia de calor (72) dispuesto en el exterior del citado primer tubo de transferencia de calor (70) y que se configura para que circule un segundo fluido para intercambiar calor con el citado primer fluido, la superficie exterior del citado segundo tubo de transferencia de calor (71) entra en contacto con la superficie exterior (71) del citado primer tubo de transferencia de calor (70), y teniendo cada una de las proyecciones una altura (H1) de 0,8 a 2,0 mm y se forman en una posición fuera de una región de contacto entre la citada superficie exterior (71) y el citado segundo tubo de transferencia de calor (72)

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/JP2005/008609.

Solicitante: TSINGHUA UNIVERSITY
DAIKIN INDUSTRIES, LTD
.

Nacionalidad solicitante: China.

Dirección: QUINGHUAYUAN, HAIDIAN DISTRICT BEIJING 100084 CHINA.

Inventor/es: LI,Zhi Xinc/o Tsinghua University , MENG,Ji Anc/o Tsinghua University , NUMATA,Mitsuharuc/o Daikin Industries,Ltd. , KASAI,Kazushigec/o Daikin Industries,Ltd.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 11 de Mayo de 2005.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F28D7/00B2
  • F28F1/42 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F28 INTERCAMBIO DE CALOR EN GENERAL.F28F PARTES CONSTITUTIVAS DE APLICACION GENERAL DE LOS APARATOS INTERCAMBIADORES O DE TRANSFERENCIA DE CALOR (materiales de transferencia de calor, de intercambio de calor o de almacenamiento de calor C09K 5/00; purgadores de agua o aire, ventilación F16). › F28F 1/00 Elementos tubulares; Conjuntos de elementos tubulares (especialmente adaptados para el movimiento F28F 5/00). › estando los medios tanto en el exterior como en el interior del elemento tubular.

Clasificación PCT:

  • F28D7/02 F28 […] › F28D INTERCAMBIADORES DE CALOR, NO PREVISTOS EN NINGUNA OTRA SUBCLASE, EN LOS QUE LOS MEDIOS QUE INTERCAMBIAN CALOR NO ENTRAN EN CONTACTO DIRECTO (materiales de transferencia de calor, de intercambio de calor o de almacenamiento de calor C09K 5/00; calentadores de fluidos que tienen medios para producir y transferir calor F24H; hornos F27; partes constitutivas de los aparatos intercambiadores de calor de aplicación general F28F ); APARATOS O PLANTAS DE ACUMULACION DE CALOR EN GENERAL. › F28D 7/00 Aparatos cambiadores de calor que tienen conjuntos fijos de canalizaciones tubulares para los dos medios que intercambian calor, estando cada uno de los medios en contacto con un lado de la pared de la canalización. › estando las canalizaciones enrolladas helicoidalmente (F28D 7/10 tiene prioridad).
  • F28F1/10 F28F 1/00 […] › Elementos tubulares o sus conjuntos con medios para aumentar la superficie de transferencia de calor, p. ej. con aletas, con salientes, con ahuecamientos (elementos rameados u ondulados F28F 1/06, F28F 1/08).
  • F28F13/12 F28F […] › F28F 13/00 Dispositivos para modificar la transferencia del calor, p. ej. aumento, disminución (F28F 1/00 - F28F 11/00 tienen prioridad). › creando una turbulencia, p. ej. por agitación, por aumento de la fuerza de circulación (F28F 13/08 tiene prioridad).

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania.

TUBO DE TRANSFERENCIA DE CALOR PARA SUMINISTRAR AGUA CALIENTE.

Fragmento de la descripción:

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a la tecnología de calentadores para agua caliente, y más en particular, se refiere a un tubo de transferencia de calor de agua caliente en el que el número de Reynolds, Re, de un fluido que 5 circula por el interior del tubo es inferior a 7.000.

TÉCNICA ANTERIOR

Los intercambiadores de calor que se utilizan en aparatos de aire acondicionado, calentadores de agua ca-liente, y otros similares, están provistos de un tubo de transferencia de calor, en el que circula un fluido tal como el agua, que intercambia calor debido a la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior del tubo. Además, 10 para mejorar el rendimiento de la transferencia de calor del tubo de transferencia de calor, se conoce el uso de un tubo ranurado, en el que se forman ranuras en la superficie interior del tubo. Además, también se ha propuesto una tecnología que mejora el rendimiento de la transferencia de calor, proporcionando proyecciones en la superficie interior del tubo de transferencia de calor.

Proporcionar proyecciones en el interior del tubo de transferencia de calor de esta manera incrementa la 15 superficie de transferencia de calor del tubo de transferencia de calor y agita el fluido, con lo cual se incrementa el coeficiente de transferencia de calor de la superficie de transferencia de calor y mejora el rendimiento de la transfe-rencia de calor. Sin embargo, si las proyecciones se disponen en el interior del tubo de transferencia de calor, enton-ces las proyecciones incrementan el coeficiente de fricción del tubo y elevan la pérdida de presión del flujo en el interior del tubo. Por lo tanto, se ha propuesto una tecnología (JP- A -06 - 70556), que proporciona proyecciones de 20 0,45 a 0,6 mm de altura en el interior del tubo de transferencia de calor, suprimiendo así la pérdida de presión, al mismo tiempo que promueve la transferencia de calor con el refrigerante.

Un intercambiador de calor de agua que tiene las características definidas en el preámbulo de la reivindicación 1 es conocido por medio del documento JP - A - 61 - 289293. Además, el documento JP – A - 2005 - 009833 describe un intercambiador de calor de tipo de doble tubo en el que el tubo exterior tiene una pluralidad de ranuras 25 en espiral formadas continuamente en la pared interior, en el que la relación entre la profundidad de la ranura y el diámetro interior mínimo del tubo exterior es de 0,015 o más. El documento JP-A-2003 - 056995 desvela un inter-cambiador de calor que tiene un miembro elíptico anular dispuesto en el tubo de transferencia de calor para inducir un flujo de separación / secundario. El documento JP-A-09 - 243284 desvela un tubo de intercambio de calor con proyecciones superficiales interiores. 30

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

Sin embargo, si la velocidad del flujo del fluido en el interior del tubo de transferencia de calor es extrema-damente baja, y el flujo del fluido en el interior del tubo se encuentra en la zona de transición en la que el flujo realiza la transición desde la zona de flujo laminar a la zona de flujo turbulento, entonces la mejora en el rendimiento de la transferencia de calor es pequeña, incluso si se proporcionan proyecciones cuya altura sea de 0,45 - 0,6 mm, como 35 se desvela en el Documento de Patente 1.

Considérese un ejemplo en el que, para utilizar eficientemente la energía eléctrica nocturna barata, el agua en un calentador de agua caliente de tipo de bomba de calor, como se muestra en la figura 1, se calienta en un úni-co paso desde aproximadamente 10°C a aproximadamente 90ºC durante un largo período de tiempo. En este caso, el caudal del agua que circula en el interior del tubo de transferencia de calor se establece en un valor extremada-40 mente pequeño (por ejemplo, 0,8 l / min) con el fin de hacer que el producto sea compacto y asegurar una alta efi-ciencia. De esta manera, en un tubo de transferencia de calor en el que el caudal de agua en el interior del tubo es pequeño, se emplea un procedimiento que mejora el rendimiento de la transferencia de calor al reducir el diámetro interior del tubo de transferencia de calor, lo que hace aumentar la velocidad del flujo en el interior del tubo. Sin em-bargo, incluso en este caso, el caudal de agua en el interior del tubo es pequeño, y de esta manera el flujo de agua 45 en el interior del tubo se encuentra en la zona de transición (Re = 1500 - 3000), en la que el flujo realiza la transición desde la zona de flujo laminar a la zona de flujo turbulento en la proximidad de la entrada, y se encuentra aproxima-damente en la etapa inicial de flujo turbulento (Re = 7.000), incluso en la proximidad de la salida. Además, no se puede esperar un intercambio de calor eficiente debido a que la conductividad térmica es pequeña también en la sección de temperatura baja en la proximidad de la entrada de agua. 50

Es un objeto de la presente invención superar los problemas de la técnica anterior que se han mencionado más arriba, y proporcionar un intercambiador de calor de agua con una estructura simple, un rendimiento mejorado de la transferencia de calor en la zona de número de Reynolds bajo, y una pequeña pérdida de presión en el interior del tubo de transferencia de agua caliente. Este objeto se alcanza por medio del intercambiador de calor de agua de la reivindicación 1 ó 2. Se cita una realización en la reivindicación dependiente.

Si la altura de las proyecciones que se proporcionan en el interior del tubo es baja, como en la técnica con-vencional, entonces el efecto de mejorar el rendimiento de la transferencia de calor no se obtiene en la sección con número de Reynolds bajo que existe en la zona de flujo laminar o en la transición desde zona de flujo laminar a la zona de flujo turbulento. 5

Como consecuencia, se proporciona una pluralidad de proyecciones que sobresalen hacia el interior del tu-bo y que tienen una altura de 0,8 a 2,0 mm en la superficie interior de la porción situada en la sección con número de Reynolds bajo que se presenta en la zona de flujo laminar y en la transición desde la zona de flujo laminar a la zona de flujo turbulento, es decir, en la sección en la que el número de Reynolds, Re, es menor de 7.000. Como resultado, las proyecciones dispuestas en el interior del tubo mejoran el coeficiente de transferencia de calor, y tie-10 nen poco impacto en la pérdida de presión en el interior del tubo, mejorando así el rendimiento del tubo de transfe-rencia de calor de agua caliente completo.

Si se proporcionan las proyecciones en el interior del tubo, entonces el coeficiente de fricción del tubo se convierte en una función del número de Reynolds Re y de la rugosidad relativa. Aquí, la relación entre la altura de las proyecciones dispuestas en el interior del tubo y el diámetro del tubo interior (es decir, la rugosidad relativa) se 15 utiliza para representar el impacto de las proyecciones en el interior del tubo en el coeficiente de fricción del tubo. El ajuste de la rugosidad relativa de la superficie de la pared interior del tubo en la sección con número de Reynolds bajo, que se produce en la transición desde la zona de flujo laminar a la zona de flujo turbulento, hasta un rango prescrito, mejora el efecto de la transferencia de calor, y permite minimizar el impacto de la pérdida de presión.

Además, una pluralidad de proyecciones, teniendo cada una de ellas una altura H1 de 0,1 - 0,25 veces el 20 diámetro interno D, se proporciona en la superficie interior de la porción situada en la sección con número de Rey-nolds bajo que se produce en la zona de flujo laminar y en la transición desde la zona de flujo laminar a la zona de flujo turbulento, es decir, en la sección en la que el número de Reynolds, Re, es menor de 7.000. Como resultado, las proyecciones provistas en el interior del tubo mejoran el coeficiente de transferencia de calor y reducen el impac-to de la pérdida de presión en el interior del tubo, mejorando así el rendimiento del tubo de transferencia de calor de 25 agua caliente completo.

En la presente invención, las proyecciones se forman en la superficie interior por formación de entalladuras en la superficie exterior, y las entalladuras se forman como consecuencia, en la superficie exterior que corresponde a la región en la que las proyecciones se forman en la superficie interior. Las proyecciones no se forman en la por-ción de contacto con el segundo tubo de transferencia de calor. En otras palabras, si se forman entalladuras en la 30 superficie exterior, entonces el contacto entre el tubo de transferencia de...

 


Reivindicaciones:

1. Un intercambiador de calor de agua (30) que comprende:

un primer tubo de transferencia de calor (70) configurado para el flujo de agua caliente como un primer flui-do y para el intercambio de calor entre su interior y su exterior y que tiene una superficie exterior (71), en el que una pluralidad de proyecciones (713) se dispone en al menos una parte de la superficie interior de una porción situada en una sección en la que el número de Reynolds (Re) del citado primer fluido que va a cir-5 cular en el citado interior es inferior a 7.000, estando formadas las citadas proyecciones en la superficie in-terior por la formación de entalladuras en la citada superficie exterior (71)

que se caracteriza por

un segundo tubo de transferencia de calor (72) dispuesto en el exterior del citado primer tubo de transferen-cia de calor (70) y que se configura para que circule un segundo fluido para intercambiar calor con el citado 10 primer fluido, la superficie exterior del citado segundo tubo de transferencia de calor (71) entra en contacto con la superficie exterior (71) del citado primer tubo de transferencia de calor (70), y

teniendo cada una de las proyecciones una altura (H1) de 0,8 a 2,0 mm y se forman en una posición fuera de una región de contacto entre la citada superficie exterior (71) y el citado segundo tubo de transferencia de calor (72). 15

2. Un intercambiador de calor de agua (30) que comprende:

un primer tubo de transferencia de calor (70) configurado para que circule agua caliente como un primer fluido e intercambie calor entre su interior y su exterior, en el que una pluralidad de proyecciones (713) se proporciona en al menos una parte de la superficie interior de una porción situada en una sección en la que el número de Reynolds (Re) del citado primer fluido que va a circular en el citado interior sea inferior a 7.000, 20 estando formadas las citadas proyecciones en la citada superficie interior por formación de entalladuras en la superficie exterior (71);

que se caracteriza por

un segundo tubo de transferencia de calor (72) dispuesto exterior al citado primer tubo de transferencia de calor (70) y configurado para que circule un segundo fluido para intercambiar calor con el citado primer flui-25 do; la superficie exterior del citado segundo tubo de transferencia de calor (71) entra en contacto con la su-perficie exterior (71) del citado primer tubo de transferencia de calor (70),

y

en el que las proyecciones, teniendo cada una de ellas una altura (H1) de 0,1 - 0,25 veces un diámetro in-terior (D) del primer tubo de transferencia de calor (70), se forman en un lugar fuera de una región de con-30 tacto entre la citada superficie exterior (71) y el citado segundo tubo de transferencia de calor (72).

3. El intercambiador de calor de agua caliente definido en la reivindicación 1 ó 2, en el que la sección se encuentra en la proximidad de una entrada (311) en la cual va a circular el agua, que es el primer fluido que circula en el citado interior.


 

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