MX2008008179A - Intercambiador de calor de tubo enrollado en espiral en capas y metodo de fabricacion. - Google Patents

Abstract

Un intercambiador de calor de tubo superpuesto rebobinado en espiral (10) que recibe un fluido de intercambio de calor y su método de elaboración. En una modalidad, el intercambiador 10 tiene una o más capas rebobinadas en espiral 12 de un tubo 14. En algunas otras modalidades, las capas son circulares, ovales y rectangulares con esquinas redondeadas. Un miembro espaciador alargado 24 tiene los borden hacia arriba 26 y lateral 29. Las superficie de habilitación 30 definidas en los bordes, retienen de manera desmontable el tubo 14.

Description

INTERCAMBIADO!* DE CALOR DE TUBO ENROLLADO EN ESPIRAL EN CAPAS Y METODO DE FABRICACIÓN Campo de la Invención Esta invención se refiere generalmente a las configuraciones del tubo usadas en intercambiadores de calor y sus métodos de fabricación. Antecedentes de la Invención En varios sistemas mecánicos, electrónicos y químicos, la energía térmica es transferida desde una localización a otra o desde un fluido a otro. Los intercambiadores de calor permiten la transferencia de calor desde un fluido (fluido o gas) a otro fluido. Convencionalmente, las razones para la transferencia de energía térmica son: (1) para calentar o enfriar un fluido usando un fluido más caliente; (2) para reducir la temperatura de un fluido caliente usando un fluido más frío; (3) para hervir un fluido usando un fluido más caliente; (4) para condensar un gas por un fluido más frío; o (5) para hervir un fluido mientras que condensa un fluido más caliente en estado gaseoso. Sin importar la función con la que el intercambiador de calor cumple, para transferir calor, los fluidos en contacto térmico deben estar a diferentes temperaturas para dejar que el calor fluya desde el fluido más caliente al más frío de acuerdo al segundo principio de la termodinámica. Tradicionalmente, para intercambiadores de calor de tubo redondo con aleta no hay contacto directo entre los dos fluidos. El calor es transferido desde el fluido hacia el material aislante de los dos fluidos y después al fluido más frío. Algunas de las aplicaciones más comunes de los intercambiadores de calor se encuentran en los sistemas de calentamiento, ventilación, aire acondicionado y refrigeración (HVACR), equipo electrónico, radiadores en motores de combustión interna, calderas, condensadores, y como precalentadores o enfriadores en los sistemas de fluido. Todos los sistemas de aire acondicionado y refrigeración contienen por lo menos dos intercambiadores de calor -generalmente un evaporador y un condensador. En cada caso, el refrigerante fluye en el intercambiador de calor y participa en el proceso de transferencia térmica, ya sea ganando o liberando éste al medio que se utilizará. Comúnmente, el medio de enfriamiento es aire o agua. Un condensador logra esto condensando el vapor refrigerante en un fluido, transfiriendo su fase de cambio de calor (latente) ya sea a aire o agua. En el evaporador, el fluido refrigerante fluye en el intercambiador de calor. El flujo de calor es reservado mientras que el refrigerante se evapora en un vapor y extrae el calor requerido para esta fase de cambio desde el fluido más caliente que fluye en el otro lado de los tubos. Los intercambiadores de calor tubulares incluyen los usados en un intercambiador de calor ambiental automotor, tal como un radiador, una bobina calentadora, un enfriador de aire, un interenfriador, un evaporador y un condensador para un acondicionador de aire. Por ejemplo, un fluido caliente fluye internamente a través de la tubería o tubos mientras que un fluido enfriador (tal como aire) fluye sobre la superficie externa de los tubos. La energía térmica del fluido interno caliente es transferida por conducción en la superficie externa de los tubos. Esta energía es después transferida a y absorbida por el fluido externo mientras que éste fluye alrededor de los tubos externos de las superficies, enfriando así el fluido interno. En este ejemplo, las superficies externas de los tubos actúan como las superficies a través de las cuales se transfiere la energía térmica.

Tradicionalmente, las aletas longitudinales o radiales pueden colocarse en relación a la superficie externa de los tubos hacia el fluido que fluye externamente en forma turbulenta, aumentan el área de la superficie de transferencia de calor y mejoran así la capacidad de transferencia de calor. Una desventaja, sin embargo, es que las aletas agregan costo al material y fabricación, volumen, manejo, servicio y complejidad total. Además, ocupan espacio y por lo tanto reducen el número de tubos que pueden fijarse dentro de un área en sección transversal dada. También, recolectan polvo y suciedad y pueden conseguir obstruirse, , de tal modo que disminuyen su eficacia. Las aletas externas configuradas densamente tienden a restringir el flujo de fluido externo. Esto aumenta la gota de presión del fluido externo a través de la superficie de transferencia de calor y puede agregar costos al intercambiador de calor requiriendo más energía de bombeo. En general, el costo relacionado con el bombeo es una función de la gota de presión. Los intercambiadores de calor de tubo, sin alas son conocidos. Ver, por ejemplo, US.P.N. 5,472,047 (Col. 3, líneas 12-24). Convencionalmente, sin embargo, están hechas de tubos que tienen un diámetro exterior relativamente grande. Con frecuencia, los tubos están unidos con alambres, tales como las bobinas de acero encontradas en la parte posterior de muchos refrigeradores residenciales. Las referencias norteamericanas identificadas durante una pre-investigación presentada son: US 2004/0050540 A1; US 2004/0028940 A1; 5,472,047; 3,326,282; 3,249,154; 3,144,081; 3,111,168; 2,998,228; 2,828,723; 2,749,600; y 1,942,676. Las referencias extranjeras identificadas durante una pre-investigación presentada fueron: GB 607,717; GB 644,651; y GB 656,519. Breve Descripción de la Invención Contra esta descripción, sería deseable proporcionar una uniformidad de flujo del fluido de intercambio de calor externo a través de las capas del tubo y entre los tubos en una capa dentro de la cual el fluido de intercambio de calor interno pasa, de tal modo que evita áreas de estancamiento que reducen la eficacia del proceso de intercambio de calor. Adicionalmente, sería deseable proporcionar un intercambiador de calor que puede hacerse relativamente económico y eficiente sin requerir complejidad indebida en el proceso de fabricación. Por consiguiente, la invención incluye un intercambiador de calor que transfiere energía térmica entre un fluido de intercambio de calor interno que fluye dentro de la tubería y de un fluido intercambiador de calor externo en comunicación térmica con el fluido de intercambio de calor interno. El intercambiador de calor incluye una o más capas de un tubo dentro del cual el fluido de intercambio de calor interno pasa. Por lo menos algunas de una o más capas tienen una configuración de espiral con por lo menos algunos segmentos que caen en una superficie frustocónica imaginaria. Configurando el espaciamiento promedio entre los tubos en una capa y/o espaciamiento entre las capas adyacentes, la uniformidad del flujo del fluido de intercambio de calor externo a través (de las capas y entre los tubos es promovida, de tal modo que mejora la eficacia de la transferencia de calor. Preferiblemente, por lo menos un miembro espaciador soporta una o más de las capas. Cada miembro espaciador tiene bordes que se orientan hacia atrás y hacia adelante. Estos bordes definen las superficies de acoplamiento que intercambiablemente retienen a los tubos en las capas. La invención también incluye un método de hacer tal intercambiador de calor. El método comprende las etapas de proporcionar un mandril alargado, en forma cónica; y enrollado de una o más longitudes de la tubería alrededor del mandril para preparar una configuración de espiral. Breve Descripción de los Dibujos La figura 1 es una vista lateral de una modalidad de un intercambiador de calor de acuerdo a la presente invención que tiene cuatro capas de tubería; La figura 2 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la línea 2-2 de la figura 1; La figura 3 es una vista en sección transversal de una primera modalidad alternativa de la misma; La figura 4 es una vista en sección transversal de una segunda modalidad alternativa de la misma; La figura 5 es una vista lateral de una porción de un miembro espaciador que soporta las capas de la tubería; La figura 6 es una vista en sección transversal lateral de un tubo representativo en una capa representativa del intercambiador de calor de acuerdo a la presente invención; y La figura 7 es un gráfico de vectores de velocidad sombreados de acuerdo a la magnitud de la velocidad.

Descripción Detallada de la Modalidad (s) Preferida Las figuras 1-4 representan respectivamente un lado y una vista en sección transversal axial de modalidades preferidas y alternativas de un montaje del ¡ntercambiador de calor 10. El montaje transfiere energía térmica entre un fluido de intercambio de calor interno 12 que fluye dentro del intercambiador y un fluido de intercambio de calor externo 14 (tal como pero no limitado a un flujo de aire) que está en comunicación térmica con el fluido de intercambio de calor interno 12. Los fluidos 12, 14 podrían ser gas, líquido o gas líquido en cualquier combinación. En una forma, el montaje de intercambio de calor 10 incluye una o más capas del tubo o tubería 16 (figura 2) dentro del cual el fluido de intercambio de calor interno 12 pasa. Por lo menos algunas de las capas tienen preferiblemente una configuración espiral, según lo representado en las figuras 1-2. En esta configuración en espiral, por lo menos algunos segmentos 20 caen en una superficie frustocónica imaginaria. Según lo utilizado en la presente, el término "espiral" incluye pero no se limita a una curva tridimensional que da vuelta alrededor de un eje en una distancia que varia continuamente mientras que se mueve en forma paralela hacia el eje. Será apreciado que el índice de cambio de la distancia que varía continuamente puede ser constante o variable para producir una forma espiral más o menos acentuada, dependiendo de los requisitos termodinámicos de una aplicación particular. Según lo utilizado en la presente, el término "espiral" incluye el término " hélice". Las capas de tubería están caracterizadas por un espaciamiento inter-capa S y una distancia promedio desde el centro del tubo hacia el centro de un tubo adyacente (figura 2). La distancia d puede ser ya sea fija, variable, o una combinación de fija y variable dentro de una capa dada. En algunas modalidades, la dimensión d es igual o menor a de dos veces el diámetro exterior promedio de la tubería. La dimensión (S) puede ser fija, variable, o una combinación de fija y variable entre las capas en una configuración dada. Preferiblemente, S es menos de 2 x OD. Por selección conveniente del espaciamiento inter-capa (S) y ajuste de la distancia d entre los tubos adyacentes en una capa dada, la configuración en espiral de las capas del tubo promueve la uniformidad dél flujo del fluido de intercambio de calor externo 14 a través de las capas 16. Preferiblemente, un miembro espaciador 24 (figura 5) soporta una o más de una o más capas para poder predefinir las dimensiones S y d. Puede haber uno o más miembros espaciadores 24 que soportan las capas en una configuración en espiral dada. Cada miembro espaciador tiene un borde que se orienta hacia delante y hacia atrás 26.28 (en relación al flujo del fluido de intercambio de calor externo). Los bordes 26,28 definen las superficies de acoplamiento 30 que intercambiablemente retienen las capas 16. En, una modalidad, los bordes que se orientan hacia delante 26 pueden retener segmentos de una capa mientras que los bordes que se orientan hacia atrás 28 retienen los segmentos de una capa adyacente. Como se muestra en la figura 5, las superficies de acoplamiento 30 comprenden una forma truncada que tiene una porción abierta 38 que se clasifica menor que el diámetro exterior (OD) del tubo. Según lo mostrado en la figura 5, un miembro espaciador alargado 24 define las superficies de acoplamiento 30 que intercambiablemente retienen a los segmentos 20 de la tubería. Las superficies de acoplamiento 30 se definen dentro de los bordes que se orientan hacia delante 26 y hacia atrás 28. En una modalidad, el borde que se orienta hacia adelante 26 intercambiablemente retiene un funcionamiento de una revolución 32 de la configuración en espiral 15. El borde que se orienta hacia atrás 28 intercambiablemente retiene un funcionamiento de una capa adyacente. Será apreciado que los miembros espaciadores adicionales 24 pueden proporcionarse dentro del mismo intercambiador de calor. Los miembros espaciadores 24 pueden o no pueden estar paralelos entre sí y pueden o no pueden extenderse perpendicularmente en relación a las capas 16. Una cualidad adicional del miembro espaciador 24 es que soporta la forma tridimensional del tubo intercambiador de calor. Aunque un miembro espaciador 24 es representado en la figura 5, será apreciado que otros miembros espaciadores podrían desplegarse adicionalmente dentro de un intercambiador de calor dado. Los miembros espaciadores 24 adicionales podrían por ejemplo, servir para desviar ventajosamente el flujo de aire de modo que el flujo de aire predominante ocurre a través de las regiones centrales del intercambiador de calor donde ciertos segmentos de la bobina funcionan en proximidad paralela cercana. También, el miembro espaciador 24 puede servir como un miembro de comunicación térmica entre los tubos y capas. Algunas características que identifican a un segmento de tubería son descritas en la figura 6. Allí, puede verse que el tubo tiene un diámetro exterior promedio (OD), un diámetro interior promedio (ID) y un grueso de pared promedio (T). En general, (T = OD - ID)/2. En algunas modalidades, la relación de (T) a (OD) está entre 0.01 y 0.1. El intercambiador de calor tiene una o más capas 16 de tubería o tubos discretos (uno por capa), o un tubo solo, largo, continuo. Será apreciado que el tubo no necesita ser circular o anular en sección transversal. Para algunas aplicaciones, por ejemplo, el tubo puede útilmente tener una configuración oval u otra sección transversal no circular que pueden ser provechosas en dirigir al flujo de aire incidente ("fluido de intercambiador de calor externo", 14) con menos pérdida de presión y/o promoción de turbulencia local. Los tubos pueden contener puertos múltiples. Por ejemplo, un tubo dado puede contener pasos o lúmenes múltiples. Por lo menos algunas de una o más capas 16 tienen una configuración en espiral circular, aovada, oblonga, o tipo pista 18 (Figuras 1-2).

En una modalidad, un montaje dé intercambiador de calor está contemplado por la presente invención. El montaje incluye la configuración en espiral del tubo intercambiador de calor (figuras 1-4), con por lo menos un miembro espaciador, una punta principal 46 (figuras 1 y T), un deflector guía 48 (figuras 2-4), y un soplador 62 (figura 3). Así, será apreciado que la configuración en espiral descrita (figuras 1-4) es un ejemplo de una configuración contorneada. En algunos ejemplos, la configuración contorneada puede tener una sección transversal axial circular (en vez de la configuración en espiral frustocónica representada en la figura 2), triangular, rectangular, polígona, ovalada, oblonga, elipse, y combinaciones de la misma. Para soportar tales combinaciones, se proporcionan miembros espaciadores con una geometría apropiada a la forma deseada. Los miembros espaciadores 24 colocan capas adyacentes al tubo. Las muescas o superficies de acoplamiento 30, preferiblemente frusto-circular si se utilizan tubos redondos, se definen dentro de los bordes 26.28 del espaciador. Estas muescas 30 terminan en los bordes del espaciador en una posición que se compensa ligeramente desde un diámetro principal de una muesca, el cual puede ser circular, o no circular. De esta manera, el diámetro exterior de un segmento de tubo está acoplado por un cierre a presión dentro del espaciador. La distancia entre las muescas consecutivas (d) (centro-a-centro de las ranuras) influencia una característica de transferencia térmica del ¡ntercambiador de calor. En una modalidad preferida, esta distancia es dos veces el diámetro exterior (OD) del tubo. En algunas modalidades, por lo menos algunas de una o más capas incluyen tubos con centros que caen en la misma línea imaginaria, según lo sugerido en la figura 2. Alternativamente, los tubos de cada segunda capa pueden caer en la misma línea con las varias compensaciones comparadas a los tubos de capas adyacentes. En la figura 7, el fluido de intercambiado de calor externo fluye de izquierda a derecha. Los vectores de velocidad son sugeridos por las flechas direccionales. La vista en la figura 7 representa esquemáticamente la mitad superior de una sección axial de un ducto de intercambio de calor (figura 2). Ya que el fluido de intercambio de calor externo 14 impacta con la punta principal 46, no puede pasar a través del mismo. El fluido del intercambio de calor externo incidente 14 es después dirigido lejos de la punta 46 y hacia las capas 16 (en una forma) de una configuración en espiral del intercambiador de calor. Un área de estancamiento sucede adelante de la pared 72. Una confluencia del fluido de intercambio de calor externo incidente es impulsada, por lo menos parcialmente asistida por uno o más deflectores guía 48, para entrar a las capas 16. Otras cosas que son igual, la velocidad del fluido de intercambio de calor externo 16 que pasa a través de una región central de las capas 16 excederían convencionalmente la velocidad en la cual el fluido de intercambio de calor externo 14 atraviesa las capas hacia sus áreas del lado derecho superior - y lado izquierdo inferior (según visto en la figura 7). Para promover la uniformidad del flujo y de tal modo para mejorar la eficiencia de la transferencia térmica, el tubo de inter-espaciamiento (d) en una capa dada y el espaciamiento de la capa intermediaria (s) en una configuración dada pueden ajustarse. Como resultado del ajuste, las barreras para fluir, que causa el estancamiento en el área adyacente, pueden facilitarse. Aunque un segmento redondeado 20 del tubo es representado en la figura 6, será apreciado que el tubo puede también tener un perfil en sección transversal que sea circular, oval, elíptico, rectangular (con o sin las esquinas redondeadas) y combinaciones del mismo. Los tubos pueden contener puertos múltiples (según lo observado anteriormente), y/o no pueden mejorarse con microestructuras superficiales internas o externas, tal como pero limitadas a ranuras o a una textura de grano. La invención también incluye un método de hacer tal intercambiador de calor. En general, el método comprende las etapas de proporcionar un mandril alargado. En un proceso de fabricación, el mandril tiene una superficie exterior en la cual se definen una o más ranuras helicoidales continuas. Durante las etapas de arrollamiento, el tubo es acomodado por la ranura helicoidal. Si se desea una configuración en espiral, el mandril es preferiblemente en forma cónica. Una longitud continua de un tubo es después enrollado alrededor del mandril para preparar los arrollamientos, cada arrollamiento tiene una configuración en espiral. La figura 2 representa una modalidad alternativa del intercambiador de calor en el cual hay capas múltiples. En práctica, la bobina interior es primero formada en un mandril o un miembro espaciador 24 (figura 5). Una capa externa es después enrollada alrededor encima de ella. La colocación de bobinas adyacentes en una capa dada y entre las mismas capas es facilitada por una selección de geometría espaciadora conveniente. Deberá ser apreciado que si es deseado, el diámetro del tubo en una capa interna puede diferenciar del encontrado en una capa exterior. En tales modalidades, es preferible que el diámetro exterior de las capas internas del tubo exceda a las capas del tubo extremo encontrado. En algunos casos, el miembro espaciador 24 por sí mismo puede asumir la función de un mandril. En tales casos, una longitud de la tubería es enrollada alrededor del espaciador. Será apreciado que un miembro espaciador dado puede por sí mismo ser sólido, o hueco. Un ejemplo es un espaciador formado por un par de placas que están separadas por un miembro de soporte intersticial. Opcionalmente, el mandril puede contener los espaciadores antes del arrollamiento. Volviendo a los figuras 1-2, una punta principal 46 es presentada hacia el fluido de intercambio de calor externo 14. La punta principal 46 se extiende hacia adelante de la configuración en espiral 18 de la capa 16. Un deflector guía 48 (figura 2) es colocado en relación a la capa 16 de modo que dirige el flujo del fluido de intercambio de calor externo entre los tubos en una capa y entre las capas en una o más capas de la tubería. En la figura 3, una región plana de las capas 49 está yuxtapuesta entre la punta principal 46 y por lo menos algunas de una o más capas que tienen una configuración en espiral 18. La figura 4 representa una segunda modalidad alternativa de la invención. En esa modalidad, una región cilindrica 50 de capas está yuxtapuesta entre la configuración en espiral 18 y el deflector guía 48. Las figuras 1-2 representan un conjunto de tubería enrollada que sirve como un intercambiador de calor que tiene una configuración en espiral 18 en un montaje de intercambiador de calor 10. Es notable en la modalidad descrita la ausencia de aletas o persianas (a excepción de los miembros espaciadores) que se utilizan con frecuencia en intercambiadores de calor promover el flujo de aire y así la eficacia de la transferencia de energía térmica. En la figura 1, un fluido intercambiador de calor entra en un tubo enrollado en una entrada. En varias aplicaciones, el fluido entrante es un refrigerante u otro líquido tal como agua que es conveniente para la transferencia de calor. En algunos casos, el agua podría introducirse a una temperatura relativamente alta.

En tales aplicaciones, el intercambiador de calor sirve para elevar la temperatura de un fluido tal como aire que pasa alrededor y fuera de los tubos enrollados. - Una consecuencia de una configuración escalonada (en comparación con una en línea) de la tubería es que hay relativamente pocos espacios en el intercambiador de calor a través del cual el fluido fluye fuera de los tubos el cual puede pasar sin interrupción. Debido a la alineación relativamente preocupante de la configuración descrita del tubo, el fluido que fluye alrededor del exterior de los tubos está en contacto térmico por un período prolongado ("tiempo de retención") con la función del tubo que está colocado arriba y abajo del espaciador 24. Para configuraciones donde únicamente es aplicado un circuito, no son necesarias guías en la entrada o salida del intercambiador de calor. Ni hay ninguna aleta o persianas serpentinas. Por consiguiente, en una modalidad preferida, el intercambiador de calor es efectivamente un aparato de tubo enrollado en capas. Por lo tanto, es menos costoso en fabricación y mantenimiento que los intercambiadores de calor con aleta de placa tubular redonda convencional. Para circuitos múltiples, los distribuidores de fluido interno pueden utilizarse para distribuir el fluido interno en multi-entradas y recoger el fluido de las multi-salidas. Preferiblemente, el miembro espaciador 24 (figura 5) es formado de un material principalmente deformable para acomodar un acoplamiento de cierre a presión con la tubería. Si es deseado, el miembro de espaciamiento 24 puede formarse de un material de conducción o aislante de calor. Si es así, el calor puede transferirse eficientemente entre las superficies del tubo, o aislarse entre los dos Los tubos del intercambiador de calor pueden hacerse de cualquier material de conducción de calor. Los metales, tales como cobre o aluminio son preferidos, pero los tubos plásticos que tienen una conductividad térmica relativamente alta o una pared delgada pueden también utilizarse. Las relaciones prácticas entre el tubo de diámetro interno (ID), diámetro exterior (OD), y grueso de pared (T) son algo limitadas por las técnicas de fabricación usadas para formar el tubo. Claramente, la selección de dimensiones convenientes influenciará la capacidad del cojinete de presión del intercambiador de calor resultante. En general, puede indicarse que como el diámetro exterior (OD) disminuye, la sección de pared (T) puede ser más delgada. Preferiblemente, el diámetro exterior (OD), el diámetro interior (ID) y el grueso de la pared (T) son seleccionados así de modo que el tubo pueda sostener la presión de un fluido de intercambio de calor interno sin la deformación del material del tubo. Cuando el diámetro exterior disminuye, la relación de la superficie exterior del tubo en volumen interno del tubo aumenta. Por consiguiente, hay más área de transferencia de calor por volumen de fluido interno.

Como es evidente de los dibujos, el miembro espaciador 24 previene la migración del tubo. Preferiblemente, el espaciamiento de las muescas 30 dentro del miembro espaciador 24 es tal como hacer que funcionen las capas consecutivas para caer cerca juntas o espaciadas aparte. Esto resulta en un control en la densidad de empacamiento que influencia la resistencia del flujo del fluido de intercambio de calor externo, turbulencia local, flujo laminar, y manejo consecuente en la eficacia de la transferencia de calor. Una desventaja de evaporadores convencionales es que el condensado de agua tiende a acumularse en varias localizaciones dentro del intercambiador de calor. Esto tiende a bloquear el flujo de aire. Colocando la invención en una orientación vertical (figura 1), sin embargo, este problema es evitado debido a que cualquier condensado fluye hacia abajo bajo gravedad y lejos de la porción central del intercambiador de calor. Este proceso puede facilitarse a través de los miembros espaciadores. Si es deseado, las modalidades de las figuras 1 y 2 podrían conectarse en serie o paralelas. Las configuraciones paralelas podrían aprovecharse cuando es necesaria más capacidad. Tales configuraciones pueden ser ventajosas donde la longitud de un tubo largo puede causar una gota de presión muy alta y el flujo del fluido interno es así limitado. En tales acomodos puede ser útil utilizar los distribuidores de fluido para proporcionar la distribución del flujo de fluido interno en las entradas y la confluencia de salidas. Mientras que las modalidades de la invención han sido ilustradas y descritas, no se desea que estas modalidades ilustren y describan todas las formas posibles de la invención. Si no, que las palabras usadas en la especificación son palabras de la descripción más que de limitación, y se entiende que los varios cambios pueden ser realizados sin salirse del espíritu y alcance de la invención.

Claims (33)

REIVINDICACIONES

1. Intercambiador de calor que transfiere energía térmica entre un fluido de intercambio de calor interno que fluye dentro del intercambiador y de un fluido de intercambio de calor externo en comunicación térmica con el fluido de intercambio de calor interno, que comprende: una o más capas de tubería dentro de las cuales el fluido de intercambio de calor interno pasa; por lo menos algunas de una o más capas que tienen una configuración en espiral con por lo menos algunos segmentos que caen en una superficie frustoconica imaginaria para promover la uniformidad del flujo de fluido de intercambio de calor externo a través de las capas.

2. Intercambio de calor de conformidad con la reivindicación 1, que además incluye: uno o más miembros espaciadores que soportan una o más capas, los uno o más miembros espaciadores tienen bordes, los bordes definen las superficies de acoplamiento que retienen las capas.

3. Intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 2, en donde los bordes orientados hacia delante retienen los segmentos de una capa y los bordes orientados hacia atrás retienen a los segmentos de una capa adyacente.

4. Intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 2, en donde las superficies de acoplamiento comprenden una forma truncada que tiene una porción abierta que se clasifica en menos de un diámetro exterior (OD) de la tubería.

5. Intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 1, en donde la tubería tiene un diámetro exterior promedio (OD), un diámetro interior promedio (JD) y un grueso de pared promedio (T = (OD-ID)/2), en donde la relación de (T) a (OD) está entre 0.01 y 0.1.

6. Intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 5, en donde el diámetro del tubo varía en la misma capa o en diferentes capas.

7. Intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 1, en donde uno o más tubos en las capas contienen puertos múltiples.

8. Intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 1, en donde uno o más tubos en las capas son mejoradas con las características estructurales superficiales internas o externas, tales como ranuras o textura de grano.

9. Intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 1, que además incluye distribuidores de fluido interno que proporcionan la distribución del fluido a dos o más entradas o una confluencia de fluido de dos o más salidas.

10. Intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 1, en donde una o más capas tienen una relación espacial que es seleccionada del grupo que consiste de alineación, escalonado y combinaciones de las mismas.

11. I ntercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 2, que además incluye un enlace entre uno o más miembros espaciadores y las capas, donde el enlace se selecciona del grupo que consiste en un material adhesivo y metalúrgico.

12. Intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 1, en donde los fluidos de intercambio de calor son seleccionados de un grupo que consiste de gas, líquido, y combinaciones de gas líquido.

13. Montaje de intercambiador de calor que comprende: una punta principal que es presentada en un fluido de intercambio de calor externo; una o más capas de un tubo dentro del cual pasa el fluido de intercambio de calor interno, por lo menos algunas de una o más capas tienen una configuración en espiral con por lo menos algunos segmentos que caen en una superficie frustocónica imaginaria; y un deflector guía que está colocado en relación a una o más capas del tubo de modo que una o más capas están yuxtapuestas entre la punta principal y el deflector guía, el deflector guía sirve para dirigir el flujo del fluido de intercambio de calor externo entre los tubos en una capa y entre las capas en una o más capas de la tubería.

14. Intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 13, en donde además comprende uno o más miembros del espaciador que tiene bordes orientados hacia adelante que intercambiablemente retienen los segmentos de una capa y bordes orientados hacia atrás que intercambiablemente retienen a los segmentos de una capa adyacente.

15. Intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 13, en donde las superficies de acoplamiento comprenden una forma truncada que tiene una porción abierta que es clasificada menor que un diámetro exterior de la tubería.

16. Intercambiador de calor de de conformidad con la reivindicación 13, en donde el tubo tiene un diámetro exterior promedio (OD), un diámetro interior promedio (ID) y un grueso de pared promedio (T = (OD-ID)/2), en donde la relación de (T) a (OD) está entre 0.01 y 0.1.

17. Intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 13, que además incluye una región plana de capas yuxtapuestas entre la punta principal y por lo menos alguna de una o más capas que tienen una configuración en espiral.

18. Intercambiador de calor de de conformidad con la reivindicación 13, que además incluye una región cilindrica de capas yuxtapuestas entre las configuraciones espirales y el deflector guía.

19. Montaje del intercambiador de calor que transfiere energía térmica entre un fluido de intercambio de calor interno que fluye dentro del intercambiador y de un fluido de intercambio de calor externo en comunicación térmica con el fluido de intercambio de calor interno, el intercambiador de calor comprende: una o más capas de un tubo dentro del cual el fluido de intercambio de calor interno pasa; por lo menos algunas de una o más capas que tienen una configuración contorneada con por lo menos algunos segmentos que caen en una superficie frustocónica imaginaria para promover la uniformidad del flujo del fluido de intercambio de calor externo a través de las capas; uno o más miembros que soportan una o más de las capas de uno o más miembros espaciadores que tienen bordes orientados hacia delante y hacia atrás, los bordes definen las superficies de acoplamiento que intercambiablemente retienen a las capas; un soplador para promover el flujo del fluido de intercambio de calor externo; y una punta principal; y un deflector guía que sirve para dirigir el flujo del fluido de intercambio de calor externo en las regiones asociadas con los bordes de una o más capas del tubo.

20. Intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 19, en donde la configuración contorneada tiene una sección transversal que tiene una forma seleccionada del grupo que consiste de un círculo, triángulo, rectángulo, polígono, óvalo, oblongo, elipse, y combinaciones del mismo.

21. Intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 1, en donde una de una o más capas del tubo es caracterizada por una distancia d de un centro del tubo a un centro de un tubo adyacente en la misma capa, donde d es una dimensión que es seleccionada del grupo que consiste de, estar fijo, variable, y combinaciones de fijo y variable.

22. Intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 19, en donde d es igual a o menor a dos veces el diámetro exterior promedio (OD) de la tubería.

23. Intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 1, en donde un espacio promedio (S) entre las capas adyacentes en por lo menos algunas de una o más capas es una dimensión que es seleccionada del grupo que es fijo, variable, y combinaciones del mismo.

24. Intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 23, en donde S es menor de 2 x OD.

25. Intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 24, en donde por lo menos algunas de una o más capas incluyen tubos que tienen centros que caen en la misma línea.

26. Intercambiador de calor dé conformidad con la reivindicación 24, en donde los tubos de cada segunda capa caen en la misma línea.

27. Intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 1, en donde una de una o más capas tiene una configuración de conducto seleccionada del grupo que consiste en una entrada y una salida; una entrada y una conexión de salida de flujo con una capa adyacente; una salida y una conexión de entrada de flujo con una capa adyacente; y combinaciones de las mismas.

28. Intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 1, en donde la tubería tiene por lo menos algunos segmentos con una sección transversal elíptica que tiene un diámetro exterior promedio (OD), un lumen elíptico con un diámetro interior promedio (ID), y un grueso de pared promedio (T), donde el grueso de pared iguala al más pequeño (OD) menos el más grande (ID) dividido por 2.

29. Intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 1, en donde la dirección del flujo dentro de una capa de un tubo está opuesta de la dirección del flujo en el tubo de otra capa, de modo que hay una inversión de flujo interno entre las capas.

30. Intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 1, en donde el tubo tiene un perfil en sección transversal del grupo que consiste de un círculo, óvalo, elipse, rectángulo con las esquinas redondeadas, y combinaciones del mismo.

31. Método de hacer un intercambiador de calor para transferir energía térmica, que comprende las etapas de: abastecer un mandril alargado, en forma cónica; y arrollamiento de una longitud continua de un tubo alrededor del mandril para preparar el arrollamiento, cada uno tiene una configuración en espiral.

32. Método de conformidad con la reivindicación 31, en donde la etapa de proporcionar un mandril alargado comprende una etapa de proporcionar uño o más miembros espaciadores que sirven como el mandril.

33. Método de conformidad con la reivindicación 32, en donde la etapa de proporcionar un mandril alargado comprende la etapa de proporcionar un miembro espaciador que tiene superficies de acoplamiento definidas dentro de una superficie exterior de la misma la cual se acomoda y guía las vueltas sucesivas del tubo que son enrolladas alrededor del mandril alargado.