ES2884624T3 - Intercambiador de calor - Google Patents

Abstract

El intercambiador de calor (2), tal como un evaporador inundado, que comprende una carcasa (4) que se extiende a lo largo de un eje longitudinal (X), una tubería de entrada (6) y una tubería de salida (8), a través de las cuales entra (F1) y sale (F2), respectivamente, un flujo de refrigerante, y un conjunto de tuberías (10) que atraviesan la carcasa (4) a lo largo del eje longitudinal (X), y que comprende un difusor de flujo de refrigerante (12) proporcionado dentro de la carcasa (4) aguas abajo de la tubería de entrada (6), extendiéndose el difusor de flujo de refrigerante (12) a lo largo del eje longitudinal (X) y que comprende las aberturas (14a, 14b) a través de las cuales fluye el refrigerante, caracterizado porque el difusor de flujo de refrigerante (12) comprende un elemento móvil (16) y un elemento estacionario (18), pudiendo el elemento móvil (16) desplazarse con respecto al elemento estacionario (18) bajo la acción de una fuerza de presión (FP) ejercida por el flujo de refrigerante de modo que el flujo de refrigerante que atraviesa las aberturas (14a, 14b) se ajusta y una presión de refrigerante diferencial entre la presión de refrigerante aguas abajo (P2) y aguas arriba (P1) del difusor de flujo de refrigerante (12) se mantiene constante.

Description

DESCRIPCIÓN

Intercambiador de calor

[0001] La presente invención se refiere a un intercambiador de calor tal como un evaporador inundado.

[0002] Los evaporadores inundados para unidades de tratamiento de aire (por ejemplo, enfriadores) comprenden una carcasa en la que circula un gas refrigerante y cuyas fases líquidas se mezclan. Los difusores de refrigerante se usan en evaporadores inundados para distribuir uniformemente el flujo de refrigerante a lo largo de la carcasa.

[0003] En el difusor entra un flujo de refrigerante bifásico que, en general, tiene una geometría alargada con aberturas distribuidas a lo largo del difusor. El objetivo general del difusor es facilitar una distribución uniforme del refrigerante mediante la selección de la geometría de las aberturas que compensan la variación del diferencial de presión entre el difusor y la carcasa del evaporador que se produce a lo largo del difusor (desde una sección de entrada a las secciones de los extremos axiales). En la sección de entrada (directamente aguas abajo de la tubería de entrada, donde el flujo de refrigerante está cerca de su valor máximo), que presenta una mayor resistencia (mayor velocidad y presión generales) para conservar el flujo constante, generalmente se proporcionan aberturas de sección más pequeña. Hacia los extremos axiales del difusor (poco flujo y baja presión), las aberturas son más grandes para conservar el flujo equivalente.

[0004] Cuando se selecciona la geometría del difusor para optimizar la operación de carga completa (flujo de refrigerante máximo), la geometría no es óptima para la operación de carga parcial (flujo de refrigerante más bajo). En un caso de carga parcial, el flujo de refrigerante total es bajo y la diferencia de presión resultante entre el difusor y la carcasa disminuye drásticamente, lo que da como resultado grandes variaciones de los flujos de refrigerante en cada abertura individual. Por lo tanto, la distribución del flujo se ve comprometida, ya que esto da como resultado un flujo alto en la sección final del difusor y un flujo bajo en la sección media y también da como resultado la separación del flujo. Esta distribución desigual también se puede observar en un caso de condiciones operativas que son significativamente diferentes de las condiciones de referencia en las que se ha optimizado el difusor. Por ejemplo, las presiones de refrigerante variables pueden dar como resultado densidades de refrigerante variables y velocidades de refrigerante variables posteriores que se apartan de las velocidades de refrigerante habituales para las que está diseñado a soportar el evaporador inundado.

[0005] El documento WO 98/03826 A1 describe un intercambiador de calor según el preámbulo de la reivindicación 1.

[0006] El objetivo de la invención es proporcionar un nuevo intercambiador de calor en el que el difusor se adapte mejor a cargas parciales o condiciones operativas que no se correspondan con las condiciones nominales para las que ha sido diseñado el intercambiador de calor.

[0007] Con este fin, la invención se refiere a un intercambiador de calor, tal como un evaporador inundado, que comprende una carcasa que se extiende a lo largo de un eje longitudinal, una tubería de entrada y una tubería de salida, a través de las cuales entra y sale respectivamente un flujo de refrigerante, y un conjunto de tuberías que cruzan la carcasa a lo largo del eje longitudinal, y que comprende un difusor de flujo de refrigerante proporcionado dentro de la carcasa aguas abajo de la tubería de entrada, extendiéndose el difusor de flujo de refrigerante a lo largo del eje longitudinal y que comprende aberturas a través de las cuales fluye el refrigerante. El difusor de flujo de refrigerante comprende un elemento móvil y un elemento estacionario, pudiendo el elemento móvil desplazarse con respecto al elemento estacionario bajo la acción de una fuerza de presión ejercida por el flujo de refrigerante de modo que el flujo de refrigerante que pasa por las aberturas se ajusta y una presión de refrigerante diferencial entre la presión del refrigerante aguas abajo y aguas arriba del difusor de flujo de refrigerante se mantiene constante.

[0008] Gracias a la invención, la geometría de las aberturas del difusor se adapta constantemente bajo la acción de la fuerza de presión del refrigerante para mantener constante la diferencia de presión entre el interior del difusor y la carcasa.

[0009] Según aspectos adicionales de la invención que son ventajosos, pero no obligatorios, tal intercambiador de calor puede incluir una o varias de las siguientes características:

- El elemento móvil se puede desplazar a lo largo de una dirección vertical y la fuerza de presión se ejerce hacia arriba contra una fuerza de gravedad ejercida sobre el elemento móvil.

- En ausencia de flujo de refrigerante a través del difusor, el elemento móvil se coloca sobre el elemento estacionario cerrando las aberturas.

- Las aberturas se proporcionan en el elemento móvil y el elemento estacionario en una disposición desplazada de modo que cuando el elemento móvil se coloca sobre el elemento estacionario, las aberturas del elemento estacionario están cerradas por el elemento móvil mientras que las aberturas del elemento móvil están cerradas por el elemento estacionario.

- El difusor de flujo de refrigerante tiene una forma en ángulo, estando cada uno del elemento móvil y el elemento estacionario formado por dos placas en ángulo.

- El difusor comprende guías para el movimiento del elemento móvil.

- Las guías comprenden ranuras rectilíneas, y el elemento móvil comprende pasadores insertados en las ranuras rectilíneas de manera deslizante.

[0010] La invención se explicará ahora a modo de ejemplo ilustrativo con respecto a las figuras adjuntas, en las que:

- la figura 1 es una vista en sección transversal de un intercambiador de calor según la invención en forma de evaporador inundado;

- la figura 2 es una vista en sección a lo largo del plano II-II de un difusor de refrigerante del evaporador inundado de la figura 1;

- la figura 3 es una vista en sección transversal a mayor escala del difusor, en la que se representan las fuerzas ejercidas sobre una parte móvil del difusor;

- la figura 4 es una vista en sección transversal de una porción lateral del difusor, en una configuración cerrada; - la figura 5 es una vista en sección transversal similar a la figura 4, en una configuración semiabierta;

- la figura 6 es una vista en sección transversal similar a la figura 4, en una configuración abierta;

- la figura 7 es una vista en sección transversal en despiece ordenado de otra realización del difusor;

- las figuras 8 y 9 son vistas en sección transversal del difusor de la figura 7 en las configuraciones cerrada y abierta; - la figura 10 es una vista similar a la figura 2, de otra realización del intercambiador de calor.

[0011] La figura 1 muestra un intercambiador de calor en forma de evaporador inundado 2, por ejemplo, para el circuito de refrigeración de un enfriador. El evaporador inundado 2 comprende una carcasa 4 que se extiende a lo largo de un eje longitudinal X. La carcasa 4 tiene una forma sustancialmente cilíndrica centrada en un eje paralelo a la longitudinal X.

[0012] El evaporador inundado 2 comprende una tubería de entrada 6 y una tubería de salida o succión 8, a través de las cuales entra en la carcasa 4 y sale de la carcasa 4 respectivamente un flujo de refrigerante a lo largo de las flechas F1 y F2 de la figura 1. El evaporador inundado 2 también comprende un conjunto de tuberías 10 que cruza la carcasa 4 a lo largo del eje longitudinal X. El conjunto de tuberías 10 se proporciona para la circulación en la carcasa 4 de un flujo de agua a enfriar.

[0013] En la figura 1, las tuberías 10 se representan llenando la mayor parte de la mitad superior de la carcasa 4. Sin embargo, son posibles otras distribuciones de las tuberías 10. En particular, las tuberías, 10 pueden estar ausentes del cuarto superior de la carcasa 4.

[0014] También se proporcionan tuberías no representadas 10 en la mitad inferior de la carcasa 4.

[0015] El evaporador inundado 2 comprende un difusor de flujo de refrigerante 12 proporcionado dentro de la carcasa 4 aguas abajo de la tubería de entrada 6, extendiéndose el difusor de flujo de refrigerante 12 a lo largo del eje longitudinal X y que comprende las aberturas 14a y 14b a través de las cuales fluye el refrigerante, a lo largo de la dirección indicada por la flecha F1, a través del difusor 12. El objetivo del difusor 12 es distribuir uniformemente el flujo de refrigerante a lo largo de la carcasa 4, para obtener una presión de refrigerante constante a lo largo del eje longitudinal X.

[0016] Como se muestra en la figura 3, para superar los problemas mencionados anteriormente relacionados con la carga parcial o las condiciones de trabajo degradadas, el difusor de flujo de refrigerante 12 comprende un elemento móvil 16 y un elemento estacionario 18, pudiendo el elemento móvil 16 desplazarse con respecto al elemento estacionario 18 bajo la acción de una fuerza de presión FP ejercida por el flujo de refrigerante F1, de modo que el flujo de refrigerante F1 que pasa a través de las aberturas 14a y 14b se ajusta y una presión de refrigerante diferencial entre una presión aguas arriba P1 y una presión aguas abajo P2 (con respecto a la dirección del flujo a través del difusor 12) se mantiene constante.

[0017] En la salida de las aberturas 14a del elemento estacionario 18, el refrigerante puede subir a través de las aberturas 14b del elemento móvil 16 y a continuación hacia la carcasa 4. Como alternativa, en la salida de las aberturas 14a del elemento estacionario 18, el refrigerante puede ir por debajo del elemento móvil 16, directamente hacia la carcasa 4

[0018] En el presente ejemplo, el elemento móvil 16 se puede desplazar a lo largo de una dirección vertical Z, que es perpendicular al eje longitudinal X, y la fuerza de presión FP se ejerce hacia arriba contra el efecto de gravedad, que ejerce una fuerza FG sobre el elemento móvil 16.

[0019] Como se representa en la figura 3, el difusor de flujo de refrigerante 12 puede tener una forma en ángulo.

El elemento móvil 16 está formado por dos placas en ángulo 160 y 162 y el elemento estacionario 18 está formado por dos placas en ángulo 180 y 182, mientras que las placas 160 y 162 forman un ángulo que es igual al ángulo formado por las placas 180 y 182. El elemento estacionario 18 lleva las aberturas 14a, mientras que el elemento móvil 16 lleva las aberturas 14b. Las aberturas 14a y 14b juntas forman las aberturas del difusor 12.

[0020] Las aberturas 14a y 14b están desplazadas, de modo que cuando el elemento móvil 16 se coloca sobre el elemento estacionario 18, las aberturas 14a se cierran por el elemento móvil 16 mientras que las aberturas 14b se cierran por el elemento estacionario 18. A medida que las aberturas 14a y 14b se desplazan, el flujo de refrigerante que pasa a través de los orificios 14a se orienta hacia áreas sólidas de las placas 161 y 162 y ejerce una fuerza de presión.

[0021] Como se muestra en la figura 3, la presión del refrigerante que fluye a través de las aberturas 14a ejerce una fuerza FP1 sobre la placa 160 del elemento móvil 16, en el lado izquierdo del difusor 12, mientras que la presión del refrigerante ejerce una fuerza FP2 sobre la placa 162 en el lado derecho del difusor 12. Las fuerzas FP1 y FP2 se ejercen sobre las superficies activas AF de las placas 160 y 162. Las superficies activas AF son las superficies de las placas 160 y 162 que están expuestas al refrigerante que fluye a través las aberturas 14a. Las superficies activas AF tienen la forma de las aberturas 14a. La pluralidad de aberturas 14a delimita una superficie activa total del elemento móvil 16 que corresponde a la suma de las superficies de las superficies activas AF. En otras palabras, la superficie activa total del elemento móvil 16 equivale a las superficies añadidas de las aberturas 14a del elemento estacionario 18.

[0022] Estando las superficies activas AF en ángulo con respecto a la dirección vertical Z, las fuerzas de presión FP1 y FP2 forman un ángulo y la fuerza resultante FP, formada por la suma de las fuerzas FP1 y FP2 proyectadas en la dirección Z, contrarresta la fuerza de gravedad FG.

[0023] Cuando no entra refrigerante en el difusor 12, no se ejerce presión sobre el elemento móvil 16, que a continuación descansa sobre el elemento estacionario 18 bajo el efecto de la gravedad. Por lo tanto, el difusor 12 está cerrado, como se muestra en el detalle de las placas 160 y 180 de la figura 4.

[0024] Cuando el refrigerante entra en el difusor 12 y la presión P1 comienza a acumularse, la fuerza de presión F^p aumenta y comienza a contrarrestar la fuerza de gravedad FG, hasta que la fuerza de presión FP iguala y supera la fuerza de gravedad FG. Por lo tanto, el elemento móvil 16 se eleva a lo largo de la flecha F3, abriendo el difusor 12 permitiendo que el refrigerante fluya a lo largo de una trayectoria de refrigerante RP a través de las aberturas 14a y 14b (figura 5). El elemento móvil 16 se eleva hasta que la fuerza de presión FP y la fuerza de gravedad FG están en equilibrio, estableciendo la diferencia de presión entre P1 y P2.

[0025] Si la presión P1 aumenta más, para mantener constante la diferencia de presión, el elemento móvil 16 se eleva más hasta que se obtiene de nuevo el equilibrio de fuerzas. Esto aumenta la distancia entre el elemento estacionario 18 y el elemento móvil 16, ampliando así la trayectoria de refrigerante RP, para permitir que fluya más refrigerante entre el elemento estacionario 18 y el elemento móvil 16 (figura 6). Por lo tanto, la presión del refrigerante actúa sobre la geometría de la trayectoria de refrigerante RP a través del difusor 12, induciendo el aumento de la presión un agrandamiento de la geometría de la trayectoria de refrigerante RP a través de las aberturas 14a y 14b de modo que pasa más flujo de refrigerante en respuesta al aumento de presión, como se muestra en la figura 5.

[0026] Si la presión P1 disminuye, el elemento móvil 16 permanecerá en su lugar hasta que la fuerza de gravedad FG esté por encima de la fuerza de presión FP. A continuación, se baja el elemento móvil 16 hasta que se vuelve a obtener la diferencia de presión y el equilibrio de fuerzas, o hasta que el difusor 12 se cierra, si la presión P1 ha bajado demasiado.

[0027] Por ejemplo, el diferencial de presión entre P1 y P2 puede ser de 100 kPa. El peso del elemento móvil 16 puede elegirse en función de la superficie de las aberturas 14a para obtener un diferencial de presión predeterminado.

[0028] En la salida de las aberturas 14a del elemento estacionario 18, el refrigerante puede subir a través de las aberturas 14b del elemento móvil 16 y a continuación hacia la carcasa 4, como se muestra por las flechas RP en las figuras 5 y 6. Además, en la salida de las aberturas 14a del elemento estacionario 18, el refrigerante puede ir por debajo del elemento móvil 16, directamente hacia la carcasa 4, como se muestra por las flechas orientadas hacia la esquina inferior izquierda de las figuras 5 y 6.

[0029] Según una realización mostrada en las figuras 7 a 9, el difusor 12 puede comprender elementos de guiado para el movimiento del elemento móvil 16. Los elementos de guiado pueden comprender pestañas 20 ubicadas en los extremos axiales del difusor 12, y provistas de ranuras rectilíneas 22. El elemento móvil 16 puede comprender pasadores 24 insertados en las ranuras rectilíneas 22 de modo que los pasadores se deslicen en las ranuras rectilíneas 22 para permitir un guiado eficiente del elemento móvil 16 a lo largo de su dirección de movimiento Z. El elemento estacionario 18 puede comprender pasadores similares 24 insertados en una configuración fija en las ranuras rectilíneas para hacer integrales las pestañas 20 y el elemento estacionario 18.

[0030] Según una realización representada en la figura 10, las aberturas 14a y 14b pueden tener tamaños crecientes a lo largo de la dirección longitudinal X del difusor 12, desde un área central 26 del difusor 12 hacia los extremos axiales 28 del difusor 12. En el área central 26, las aberturas 14a y 14b tienen un tamaño más pequeño, mientras que, lejos del área central 26, las aberturas 14a y 14b tienen un tamaño agrandado y un tamaño máximo en las proximidades de los extremos axiales 28.

[0031] Las aberturas 14a y 14b pueden tener una forma circular, como se muestra en la figura 3, o una forma cuadrada o rectangular, como se muestra en la figura 10.

[0032] Las aberturas 14a y 14b, en el elemento estacionario 18 y/o en el elemento móvil 16, no son necesariamente circulares. Pueden tener otra forma.

[0033] Los medios de guiado no son necesariamente los que se muestran a modo de ejemplo con las referencias 20, 22 y 24. La noción de guías no se limita a esta estructura. La función de estas guías es garantizar que el elemento móvil 16 sea guiado eficazmente con respecto al elemento estacionario 18.

[0034] Los relieves cónicos, o relieves con cualquier otra forma, pueden soldarse o fijarse de cualquier otra forma al elemento móvil 16, coincidiendo con las aberturas 14a del elemento estacionario 18. Esto permite un mejor control de la sección de flujo entre los dos elementos 16 y 18 durante el curso del movimiento del elemento móvil.

[0035] Según una realización no mostrada, el difusor 12 puede tener una forma diferente a la forma en ángulo representada. En particular, el difusor 12 no tiene necesariamente forma de V. Por ejemplo, se pueden implementar formas semicilíndricas, planas o cuadradas mientras se proporcionan los mismos efectos.

[0036] Según otra realización no mostrada, el difusor 12 puede comprender aberturas proporcionadas en el elemento estacionario 18 únicamente. En otras palabras, el elemento móvil 16 puede estar sin aberturas. El refrigerante fluye desde las aberturas 14a del elemento estacionario 18, cambia de dirección en el elemento móvil 16 y fluye hacia la carcasa 4 debajo del elemento móvil.

Claims (7)

REIVINDICACIONES

1. El intercambiador de calor (2), tal como un evaporador inundado, que comprende una carcasa (4) que se extiende a lo largo de un eje longitudinal (X), una tubería de entrada (6) y una tubería de salida (8), a través de las cuales entra (F1) y sale (F2), respectivamente, un flujo de refrigerante, y un conjunto de tuberías (10) que atraviesan la carcasa (4) a lo largo del eje longitudinal (X), y que comprende un difusor de flujo de refrigerante (12) proporcionado dentro de la carcasa (4) aguas abajo de la tubería de entrada (6), extendiéndose el difusor de flujo de refrigerante (12) a lo largo del eje longitudinal (X) y que comprende las aberturas (14a, 14b) a través de las cuales fluye el refrigerante, caracterizado porque el difusor de flujo de refrigerante (12) comprende un elemento móvil (16) y un elemento estacionario (18), pudiendo el elemento móvil (16) desplazarse con respecto al elemento estacionario (18) bajo la acción de una fuerza de presión (FP) ejercida por el flujo de refrigerante de modo que el flujo de refrigerante que atraviesa las aberturas (14a, 14b) se ajusta y una presión de refrigerante diferencial entre la presión de refrigerante aguas abajo (P2) y aguas arriba (P1) del difusor de flujo de refrigerante (12) se mantiene constante.

2. Intercambiador de calor según la reivindicación 1, en el que el elemento móvil (16) puede desplazarse en dirección vertical (Z), y la fuerza de presión (FP) se ejerce hacia arriba contra una fuerza de gravedad (FP) ejercida sobre el elemento móvil (16).

3. Intercambiador de calor según la reivindicación 2, en el que, en ausencia de flujo de refrigerante a través del difusor (12), el elemento móvil (16) se coloca sobre el elemento estacionario (18) cerrando las aberturas (14a, 14b).

4. Intercambiador de calor según la reivindicación 3, en el que las aberturas (14a, 14b) se proporcionan en el elemento móvil (16) y el elemento estacionario (18) en una disposición desplazada de modo que cuando el elemento móvil (16) se coloca sobre el elemento estacionario (18), las aberturas (14a) del elemento estacionario (18) están cerradas por el elemento móvil (16) mientras que las aberturas (14b) del elemento móvil (16) están cerradas por el elemento estacionario (18).

5. Intercambiador de calor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el difusor de flujo de refrigerante (12) tiene una forma en ángulo, estando cada uno del elemento móvil (16) y el elemento estacionario (18) formado por dos placas en ángulo (160, 162, 180, 182).

6. Intercambiador de calor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el difusor (12) comprende guías (20) para el movimiento del elemento móvil (16).

7. Intercambiador de calor según la reivindicación 6, en el que las guías (20) comprenden ranuras rectilíneas (22), y en el que el elemento móvil (16) comprende pasadores (24) insertados en las ranuras rectilíneas (22) de forma deslizante.