ES2228189A1 - Tubo de refrigerante para intercambiadores de calor. - Google Patents
Tubo de refrigerante para intercambiadores de calor.Info
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Abstract
Tubo de refrigerante para intercambiadores de calor. El tubo tiene una pluralidad de aletas helicoidales internas formadas en la superficie interior del tubo de refrigerante. Las aletas helicoidales internas están dispuestas en su número en 40 a 50, y cada una tiene una altura de 0,15 mm a 0,18 mm., un ángulo de saliente de 38º a 42º, y un ángulo de hélice de 6º a 20°. Debido a las aletas helicoidales internas además del diámetro exterior reducido del tubo de refrigerante el tubo reduce el coste de producción de los intercambiadores de calor y consigue la tendencia reciente de tamaño reducida de los intercambiadores de calor. El tubo también tiene varias ventajas esperadas de los tubos de refrigerante de diámetro pequeño, tal como una reducción de pérdida de presión en el lado de aire, y mejora el rendimiento de transmisión de calor de los intercambiadores de calor. Este tubo de refrigerante aumenta así el rendimiento funcional de intercambio calorífico de los intercambiadores de calor.
Description
Tubo de refrigerante para intercambiadores de
calor.
La presente invención se refiere a un tubo de
refrigerante para intercambiadores de calor y, más particularmente,
a un tubo de refrigerante para intercambiadores de calor de
sistemas acondicionadores de aire, provisto de una pluralidad de
aletas helicoidales internas en su superficie interior para mejorar
su efecto de intercambio calorífico.
La Figura 1 es una vista en perspectiva de un
intercambiador de calor convencional para sistemas acondicionadores
de aire. Como se muestra en el dibujo, el intercambiador de calor
convencional comprende un tubo 11 de refrigerante y una pluralidad
de aletas 3 de guía de aire. El tubo 11 de refrigerante está
curvado regularmente para formar un conjunto de tubo en forma de
zigzag. Este tubo 11 forma un conducto de refrigerante del
intercambiador de calor. Las aletas 3 de guía de aire están
dispuestas verticalmente a intervalos regulares, con las partes
lineales del tubo 11 de refrigerante en zigzag pasando a través de
las aletas 3. Durante el funcionamiento del intercambiador de
calor, el refrigerante que circula por el tubo 11 de refrigerante
absorbe o disipa calor desde o hace las corrientes de aire que
circulan alrededor del tubo 11.
Como se muestra en las Figuras 2 y 3, el tubo
convencional 11 de refrigerante para tales intercambiadores de
calor tiene un diámetro exterior de 7 mm o 9 mm, con una pluralidad
de aletas helicoidales internas 13 formadas regularmente en la
superficie interior del tubo 11 mientras definen una pluralidad de
acanaladuras 15 entre ellas. Las aletas 13 y las acanaladuras 15
internas aumentan el área superficial de transmisión de calor del
tubo 11, además de agitar la capa límite térmica dentro del
refrigerante que circula por el tubo 11. Por tanto, las aletas 13 y
las acanaladuras 15 favorecen la transmisión de calor entre el
refrigerante dentro del tubo 11 y las corrientes de aire fuera del
tubo 11, mejorando así el efecto de intercambio calorífico del
intercambiador de calor.
En una descripción detallada, las aletas 13 y las
acanaladuras 15 aumentan el área superficial interna del tubo 11,
en la que el tubo 11 hace contacto con el refrigerante líquido o
gaseoso. Las aletas 13 y las acanaladuras 15 también producen el
efecto capilar y el flujo de cizallamiento en el refrigerante que
circula por el tubo 11 con un caudal reducido, incrementando así la
intensidad turbulenta de la capa líquida dentro del tubo 11. En tal
caso, el área superficial interna del tubo 11 y la intensidad
turbulenta y el espesor de la capa líquida en el tubo 11 varían de
acuerdo con el número y la forma de las aletas 13.
Mientras se diseñan tales tubos 11 de
refrigerante para intercambiadores de calor, es necesario
predeterminar los factores óptimos de diseño de las aletas internas
13, tales como el número la altura, el ángulo de saliente y el
ángulo de hélice de las aletas 13.
En la técnica anterior, no se ha propuesto un
método estándar para predeterminar los factores de diseño de tales
aletas internas de tubos de refrigerante pero las aletas internas
se han diseñado de acuerdo con una combinación óptima de factores
de diseño obtenidos de ensayos repetidos.
O sea, los ensayos se realizan mientras se
cambian los factores de diseño de las aletas internas en una
diversidad de condiciones previstas, tales como la cantidad y la
clase de refrigerante y las condiciones ambientales, a fin de
producir una combinación óptima de los factores de diseño.
El tubo convencional 11 de refrigerante para
intercambiadores de calor, diseñado mediante el proceso antes
mencionado, tiene un diámetro exterior de 7 mm o 9 mm y un espesor
(t_{1}) de 0,27 mm, con sesenta aletas internas 13, teniendo cada
una una altura (H_{1}) de 0,15 mm, un ángulo (\beta_{1}) de
saliente de 56º y un ángulo (\alpha_{1}) de hélice de 18º.
En años recientes, se desea reducir el diámetro
exterior del tubo 11 de refrigerante en un esfuerzo para reducir el
coste de producción y la pérdida de presión en el lado de aire del
tubo 11.
Cuando los factores de diseño antes mencionados
de las aletas 13 se aplican a un tubo 11 de refrigerante teniendo
tal diámetro exterior reducido, sin cambiar los factores de diseño
de las aletas 13, la pérdida de presión en el lado de refrigerante
del tubo 11 se incrementa indeseablemente, reduciendo así el
rendimiento de intercambio calorífico del tubo 11. Adicionalmente,
los factores de diseño antes mencionados de las aletas internas 13
superan los límites de diseño de las aletas que pueden formarse
prácticamente en el tubo 11 que tiene tal diámetro exterior
reducido, y así es casi imposible producir un tubo deseado de
refrigerante teniendo tal diámetro exterior reducido y provisto de
aletas 13 que tienen tales factores de diseño.
El tubo convencional 11 de refrigerante está
diseñado sin considerar el uso del refrigerante alternativo
propuesto recientemente en lugar del refrigerante típico, y así el
tubo 11 usando con tal refrigerante alternativo no puede realizar
su función operacional diseñada debido a la pérdida de presión y al
coeficiente de transmisión de calor del refrigerante alternativo,
que son diferentes que los del refrigerante típico.
Por tanto, es necesario proponer un tubo de
refrigerante que tiene un diámetro exterior reducido y aletas
internas teniendo un número y una forma diseñados óptimamente,
reduciendo así la pérdida de presión del refrigerante y mejorando
las características de transmisión de calor del refrigerante, tal
como el coeficiente de transmisión de calor.
Por consiguiente, la presente invención se ha
efectuado teniendo en cuenta los problemas anteriores producidos en
la técnica anterior, y un objeto de la presente invención es
proporcionar un tubo de refrigerante para intercambiadores de
calor, que tenga un diámetro exterior reducido deseablemente,
además de aletas internas teniendo factores óptimos de diseño
preferiblemente compatibles con el diámetro exterior reducido del
tubo, y que reduzca así el coste de producción de los
intercambiadores de calor y consiga la tendencia reciente de tamaño
reducido de los intercambiadores de calor, y que tenga varias
ventajas esperadas de tubos de refrigerante de diámetro pequeño,
tal como una reducción en la pérdida de presión en el lado de aire,
y que mejore el rendimiento de transmisión de calor de los
intercambiadores de calor, y aumente el rendimiento funcional de
intercambio calorífico de los intercambiadores de calor.
Para conseguir el objeto anterior, la presente
invención proporciona un tubo de refrigerante montado con una
pluralidad de aletas de guía de aire en un intercambiador de calor,
en la que el tubo de refrigerante tiene un diámetro exterior no
mayor que 5,3 mm, con una pluralidad de aletas helicoidales
internas formadas en la superficie interior del tubo de
refrigerante.
El tubo de refrigerante tiene un espesor de 0,16
mm a 0,2 mm.
Adicionalmente, las aletas helicoidales internas
están dispuestas en su número de 40 a 50, y cada una tiene una
altura de 0,15 mm a 0,18 mm, un ángulo de saliente de 38º a 42º y un
ángulo de hélice de 6º a 20º.
Lo anterior y otros objetos, características y
otras ventajas de la presente invención se comprenderán más
claramente a partir de la descripción detallada siguiente
considerada en conjunción con los dibujos adjuntos, en los que:
la Figura 1 es una vista en perspectiva de un
intercambiador de calor convencional;
la Figura 2 es una vista fracturada de un tubo
convencional de refrigerante para intercambiadores de calor,
mostrando el interior del tubo;
la Figura 3 es una vista en corte de una parte
del tubo convencional de refrigerante para intercambiadores de
calor;
la Figura 4 es una vista fragmentada de un tubo
de refrigerante para intercambiadores de calor de acuerdo con la
realización preferida de la presente invención, mostrando el
interior del tubo; y
la Figura 5 es una vista en corte de una parte
del tubo de refrigerante de esta invención.
Ahora debería hacerse referencia a los dibujos,
en los que los mismos números de referencia se usan en todos los
dibujos diferentes para designar los componentes iguales o
similares.
La Figura 4 es una vista fragmentada de un tubo
de refrigerante para intercambiadores de calor de acuerdo con la
realización preferida de la presente invención, mostrando el
interior del tubo. La Figura 5 es una vista en corte de una parte
del tubo de refrigerante.
Como se muestra en los dibujos, el tubo 51 de
refrigerante según la presente invención se usa en un intercambiador
de calor para sistemas acondicionadores de aire, que consta de una
pluralidad de aletas de guía de aire (no mostradas) dispuestas
verticalmente a intervalos regulares, con las partes lineales del
tubo 51 de refrigerante pasando a través de las aletas de guía del
aire. El tubo 51 de refrigerante de esta invención tiene un
diámetro exterior no mayor que 5,3 mm, con una pluralidad de aletas
helicoidales internas 53 formadas en la superficie interior del
tubo 51 mientras definen una pluralidad de acanaladuras 55 entre
ellas.
El tubo 51 tiene un espesor (t) de 0,16 mm a 0,2
mm, mientras el número de las aletas internas 53 está dispuesto en
40 a 50. Adicionalmente, cada una de las aletas internas 53 tiene
un ángulo (\alpha) de hélice de 6º a 20º, una altura (H) de 0,15
mm a 0,18 mm, y un ángulo (\beta) de saliente de 38º a 42º.
En la presente invención, el ángulo (\alpha) de
hélice de las aletas internas 53 está dispuesto preferiblemente en
6º a 10º o 16º a 20º.
En comparación con un intercambiador de calor que
usa un tubo convencional 11 de refrigerante teniendo un diámetro
exterior de 7 mm o 9 mm, un intercambiador de calor que usa el tubo
51 de refrigerante de esta invención, teniendo un diámetro exterior
reducido de 5,3 mm, se incrementa en su pérdida de presión en el
lado de refrigerante con el mismo caudal de refrigerante pero se
reduce en el espesor (t) de su tubo 51 de refrigerante. Las aletas
internas 53 del tubo 51 según esta invención están diseñadas tal
que son óptimamente compatibles con el diámetro exterior reducido
del tubo 51 mientras se consideran tanto la pérdida incrementada de
presión en el lado de refrigerante como el espesor (t) reducido del
tubo. Se observa que la pérdida de presión en el lado de
refrigerante del tubo 51 de refrigerante según esta invención se
reduce preferiblemente para mejorar el rendimiento funcional de
intercambio calorífico del intercambiador de calor. Además, es
posible que los fabricantes de tales intercambiadores de calor
manejen fácilmente la tolerancia de las aletas internas 53 durante
el proceso para producir los tubos 51 de refrigerante.
Adicionalmente, el tubo 51 de refrigerante
teniendo las aletas internas 53 de esta invención puede usar
fácilmente refrigerante alternativo en lugar del refrigerante
típico sin cambiar la dimensión del tubo 51 o las aletas internas
53 puesto que las aletas 53 están diseñadas considerando un cambio
en la pérdida de presión y el coeficiente de transmisión de calor
en el caso de sustituir el refrigerante típico por el refrigerante
alternativo.
Como se describió antes, la presente invención
proporciona un tubo de refrigerante para intercambiadores de calor.
El tubo de esta invención tiene un diámetro exterior reducido
deseablemente, además de que las aletas internas tienen factores
óptimos de diseño preferiblemente compatibles con el diámetro
exterior reducido del tubo. Este tubo reduce así el coste de
producción de los intercambiadores de calor y consigue la tendencia
reciente de tamaño reducido de los intercambiadores de calor,
además de tener varias ventajas esperadas de los tubos de diámetro
pequeño de refrigerante, tal como una reducción en la pérdida de
presión en el lado de aire. El tubo de refrigerante de esta
invención también mejora el rendimiento de transmisión calorífica
de los intercambiadores de calor, y aumenta el rendimiento
funcional de intercambio calorífico de los intercambiadores de
calor.
Además, como las aletas internas de esta
invención están diseñadas tal que son compatibles con un tubo de
refrigerante de diámetro pequeño, el tubo reduce óptimamente la
pérdida de presión en el lado de refrigerante. También es posible
que los fabricantes de los intercambiadores de calor para sistemas
acondicionadores de aire manejen fácilmente la tolerancia de las
aletas internas durante el proceso para producir los tubos de
refrigerante.
Aunque una realización preferida de la presente
invención se ha descrito con fines ilustrativos, los expertos en la
técnica apreciarán que diversas modificaciones, adiciones y
sustituciones son posibles sin apartarse del alcance y del espíritu
de la invención como se exponen en las reivindicaciones
adjuntas.
Claims (5)
1. Un tubo de refrigerante montado con una
pluralidad de aletas de guía de aire en un intercambiador de
calor, en el que dicho tubo de refrigerante tiene un diámetro
exterior no mayor que 5,3 mm, con una pluralidad de aletas
helicoidales internas formadas en la superficie interior de dicho
tubo de refrigerante.
2. El tubo de refrigerante según la
reivindicación 1, en el que el espesor de dicho tubo de
refrigerante está fijado en 0,16 mm a 0,2 mm.
3. El tubo de refrigerante según la
reivindicación 1, en el que dichas aletas helicoidales internas
están dispuestas en su número en 40 a 50, y cada una tiene una
altura de 0,15 mm a 0,18 mm, un ángulo de saliente de 38º a 42º, y
un ángulo de hélice de 6º a 20º.
4. El tubo de refrigerante según la
reivindicación 3, en el que dicho ángulo de hélice de las aletas
helicoidales internas está fijado en 6º a 10º.
5. el tubo de refrigerante según la
reivindicación 3, en el que dicho ángulo de hélice de las aletas
helicoidales internas está fijado en 16º a 20º.
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