BRPI0902365A2 - módulo de fluxo de ar forçado para um trocador de calor e trocador de calor - Google Patents

Abstract

MóDULO DE FLUXO DE AR FORçADO PARA UM TROCADOR DE CALOR E TROCADOR DE CALOR; A presente invenção refere-se a um módulo de fluxo de ar forçado (10) para um trocador de calor (1), que compreende, em seu interior, uma multiplicidade de canais de fluxo de ar paralelos (106), o módulo (10) definido ainda por um par de paredes laterais paralelas (103) e (104) e um par de paredes horizontais paralelas (101) e (102), sendo os canais (106) definidos por uma multiplicidade de paredes paralelas (105) às paredes laterais (103) e (104); A invenção também refere-se a um trocador de calor (1) dotado de pelo menos dois conjuntos de tubos de circulação de fluido refrigerante paralelos (11), onde entre os dois conjuntos de circulação de fluido refrigerante (11) está disposto pelo menos um módulo de fluxo de ar forçado (10); A presente invenção tem por objetivo prover um trocador de calor que possibilita uma melhor troca térmica entre os fluidos refrigerantes e o ar, permite aumentar a resistência mecânica do trocador de calor, além de facilitar sua soldagem sobre os tubos refrigerantes e que possibilita uma redução no consumo de energia.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MODULO DEFLUXO DE AR FORÇADO PARA UM TROCADOR DE CALOR E TROCA-DOR DE CALOR".

A presente invenção refere-se a um módulo de fluxo de ar for-çado para trocadores de calor que possibilita através de sua configuraçãoinédita, que a entrada do fluxo de ar proveniente de uma hélice, troque calorde maneira eficiente com o fluido refrigerante de um trocador de calor.

O módulo acima possibilita uma melhor soldabilidade com o trocador de ca-lor, possui uma construção simplificada, além de aumentar a resistênciamecânica do trocador de calor e permitir uma redução do consumo de energia.

Descrição do Estado da Técnica

Trocadores de calor são dispositivos utilizados para troca decalor entre o ar atmosférico e outra substância (geralmente um líquido) con-tida em um sistema fechado. Existem muitos tipos de trocadores de calorque podem ser classificados de acordo com diversos critérios, sendo que oque satisfaz o objeto deste pedido são os modelos do tipo corrente cruzada,superfície de troca seca ou processos de contato indireto, tais como con-densadores, evaporadores e resfriadores.

O trocador de calor do tipo corrente cruzada, superfície de trocaseca ou processos de contato indireto, é caracterizado por possuir tubos oucanais refrigerantes espaçados e dispostos paralelamente entre si, interliga-dos por suas extremidades através de cabeceiras e possuir ainda aletasdispostas perpendicularmente aos tubos e entre os mesmos.

Esta disposição permite que o trocador de calor resfrie o fluidorefrigerante que escoa pelos tubos, através do contato indireto entre o fluxode ar cruzado ou transversal e os tubos. O fluxo de ar cruzado é provenientede uma hélice externa ao sistema, que combinada com as característicasacima descritas possibilitam ao trocador de calor uma troca mais rápida emais eficiente.

Diversos trocadores de calor similares ao acima mencionadosão descritos no estado da técnica, como por exemplo no documento norte-americano US 2008/0184732, que descreve um evaporador para ar condi-cionado veicular que compreende, em uma de suas concretizações prefe-renciais, um evaporador composto por tubos planos adjacentes, por tubosretangulares, dispostos preferencialmente sobre os tubos planos, por cabe-ceiras e ainda por aletas onduladas.

Ademais, o documento descreve que os tubos retangulares es-tão conectados a um circuito refrigerante para poder resfriar o líquido e oguiar até o evaporador.

Adicionalmente, o documento descreve que os tubos retangula-res transportam uma mistura de água com líquido de arrefecimento, e aindaque os ditos tubos retangulares podem substituir parcialmente ou comple-tamente as aletas onduladas.

Entretanto, o principal inconveniente da solução proposta poreste documento reside no fato dos tubos retangulares utilizarem um meiolíquido para trocar calor com o fluido, além ainda da necessidade de utilizarum circuito refrigerante.

Um tubo chato dotado de duas passagens extremas e uma plu-ralidade de passagens intermediárias é descrito na patente norte-americanaUS 6.000.467, que define também que as passagens extremas da unidadepossuem uma superfície interna circular, que pode ainda ter forma elíptica eainda outro formato qualquer, tal como retangular, triangular ou trapezoídal.A patente descreve ainda que o tubo possui uma resistência elevada a bati-das e possui uma elevada performance de troca de calor.

Adicionalmente, a patente US 6.000.467 descreve que este tipode tubo é utilizado preferencialmente em trocadores de calor do tipo con-densadores para ar condicionado veicular. Nesta concretização preferenci-al, são utilizadas aletas onduladas dispostas entre os tubos chatos, forman-do um ângulo de 90 graus com eles para a passagem de ar resfriado e con-seqüente troca de calor com o fluido refrigerante.

O documento norte-americano US 2006/0086490 descreve umcondensador para gerador de vapor dotado de um tubo central e de umapluralidade de aletas paralelas formadas a partir do tubo central.Este documento menciona ainda que o tubo central possui umformato oval ou alongado e as aletas são individuais e conectadas ao tubocentral através de soldagem ou brasagem.

Adicionalmente, o documento norte-americano descreve que ofluxo de vapor que escoa pela porção interna do tubo central do condensa-dor encontra com o ar refrigerado que passa através das aletas e resfria econdensa o vapor.

O objeto descrito neste documento, entretanto, utiliza muitassoldas para juntar as aletas ao tubo central, não utiliza fluido refrigerantelíquido, bem como não permite o fluxo entre o ar refrigerado e o vapor a 90graus.

A patente norte-americana US 6.079.487 descreve um trocadorde calor do tipo aleta com fluxo de ar forçado, que compreende tubos detroca térmica e uma pluralidade de aletas planas dotadas de aberturas e dedefletores.

A patente descreve ainda que as aletas estão dispostas perpen-dicularmente aos tubos, espaçadas umas das outras e que o fluxo de ar for-çado percorre o mesmo sentido dos tubos.

Esta patente possui algumas desvantagens, como por exemplo,a necessidade de um fluxo de ar maior para trocar calor com os tubos, umavez que os tubos possuem uma seção interna grande, além de não permitirum contato total do fluxo de ar forçado com o tubo, diminuindo com isso suaeficiência térmica.

Por todo o acima exposto, observa-se que ainda não foi desen-volvido um módulo de fluxo de ar forçado para um trocador de calor quepossibilite que a entrada do fluxo de ar proveniente de uma hélice troquecalor de maneira eficiente com o fluido refrigerante de um trocador de calor,apresentando também uma melhor soldabilidade com o trocador, uma cons-trução simplificada, além de aumentar a resistência mecânica do trocador decalor e diminuir o consumo de energia.

Objetivos da Invenção

A presente invenção tem por objetivo prover um módulo de fluxode ar forçado para um trocador de calor que, devido a sua construção parti-cular, possibilita uma melhor troca térmica entre os fluidos refrigerantes e o ar.

A presente invenção tem por objetivo também prover um módulode fluxo de ar forçado para um trocador de calor que, devido a sua constru-ção, permite aumentar a resistência mecânica do trocador de calor, além defacilitar sua soldagem entre os tubos refrigerantes.

A presente invenção tem por objetivo, ainda, prover um trocadorde calor que, devido aos módulos de fluxo de ar forçado, possibilita uma me-Ihor troca térmica entre os fluidos refrigerantes e o ar e com isso uma redu-ção no consumo de energia.

Breve Descrição da Invenção

Os objetivos da presente invenção são alcançados por um mó-dulo de fluxo de ar forçado para um trocador de calor que compreende, emseu interior, uma multiplicidade de canais de fluxo de ar paralelos, onde omódulo é definido por um par de paredes laterais paralelas e por um par deparedes horizontais paralelas, sendo os canais definidos por uma multiplici-dade de paredes paralelas às paredes laterais.

As características acima mencionadas, além de outros aspectosda presente invenção, serão mais bem compreendidas através dos exem-plos e da descrição detalhada das figuras que se seguem.

Descrição Resumida das Figuras

A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente des-crita com base em um exemplo de execução representado nas figuras, quemostram:

figura 1A - uma vista em corte de um evaporador do estado datécnica;

figura 1B - uma vista em corte de um outro evaporador do esta-do da técnica;

figura 2 - uma vista frontal de uma concretização preferencial dotrocador de calor da presente invenção;

figura 3 - uma vista do corte C-C da concretização preferencialmostrada na figura 2;

figura 4 - uma vista em perspectiva dos tubos refrigerantes mul-tiportas, dos tubos de fluxo de ar forçado multiportas da presente invenção edos tubos extremos;

figura 5 - uma vista frontal do tubo de fluxo de ar forçado multi-portas da presente invenção; e

figura 6 - uma outra vista frontal do tubo de fluxo de ar forçadomultiportas da presente invenção.

Descrição Detalhada das Figuras

A figura 1A ilustra um evaporador do estado da técnica, dotadode elementos de resfriamento 80, de aletas corrugadas 82 e tubos refrige-rantes multiportas 81, em que os elementos de resfriamento 80 estão dis-postos sobre as aletas corrugadas 82 e entre os tubos refrigerantes multi-portas 81, formando um ângulo de 90 graus com os mesmos, sendo que oselementos de resfriamento 80 estão dispostos no mesmo sentido dos tubosrefrigerantes 81.

A figura 1B ilustra uma outra concretização de evaporador doestado da técnica, onde os elementos de resfriamento 80 estão dispostosentre os tubos refrigerantes multiportas 81 e no mesmo sentido destes, po-rém sem a utilização das aletas corrugadas 82.

O inconveniente da solução proposta na figura 1A do estado datécnica, reside no fato do aumento da quantidade de soldas no evaporador,bem como da necessidade de utilização combinada das aletas corrugadas82 e do elemento de resfriamento 80, para auxiliar a melhorar a eficiênciatérmica do trocador de calor.

Adicionalmente, pode-se verificar que tanto no evaporador dafigura 1A como no evaporador da figura 1B os elementos de resfriamento 80estão dispostos no mesmo sentido dos tubos refrigerantes multiportas 81 enão dispostos perpendicularmente.

Além disso, os elementos de resfriamento 80 são utilizados paratransportar uma mistura de água e líquido de arrefecimento, onde para oresfriamento desta mistura se faz necessária a utilização de um circuito re-frigerante externo.

Vale ainda salientar que, os inconvenientes acima mencionadosfazem com que a eficiência térmica alcançada pelo evaporador não seja aideal, isto é, fazendo-se necessário utilizar mais energia para efetuar a trocatérmica.

A figura 2 mostra uma concretização preferencial da presente in-venção, que compreende um trocador de calor 1 dotado de uma multiplici-dade de módulos de fluxo de ar forçado 10, de uma multiplicidade de con-juntos de circulação de fluido refrigerante 11 e de dois tubos extremos oucabeceiras 12.

Mais especificamente conforme mostrado na figura 2, o trocadorde calor 1 compreende oito conjuntos de circulação de fluido refrigerante 11,onde em cada região 2 compreendida entre os conjuntos 11, estão dispos-tos paralelamente cinco tubos de fluxo de ar forçado 10. Naturalmente, deacordo com a presente invenção, o trocador de calor pode compreenderuma quantidade qualquer de conjuntos de circulação de fluido refrigerante11 e de tubos de fluxo de ar forçado 10.

A figura 3 ilustra uma porção de um trocador de calor 1, onde épossível verificar a disposição dos módulos de fluxo de ar forçado 10 emuma região 2, entre os tubos de circulação de fluido refrigerante 11.

Ainda através da figura 3, é possível identificar que os módulosde fluxo de ar forçado 10 estão dispostos perpendicularmente aos tubos decirculação de fluido refrigerante 11 e longitudinalmente entre os tubos ex-tremos 12, permitindo, através desta configuração, uma melhor eficiênciatérmica, principalmente se comparado com a concretização do estado datécnica ilustrada nas figura 1A e 1B.

O tubo extremo ou cabeceira 12 é ilustrado na figura 4, juntamen-te com os módulos de fluxo de ar forçado 10 e com os tubos de circulaçãode fluido refrigerantes 11.

Nos trocadores de calor, as cabeceiras 12 servem para interligaros tubos de circulação de fluido refrigerantes 11, possibilitando que o fluidorefrigerante percorra os tubos de circulação 11 fazendo um movimento deziguezague entre eles. Durante esta movimentação, o fluido refrigerantecruza perpendicularmente os módulos de fluxo de ar forçado 10, possibili-tando a troca de calor com o ar que passa através dos canais 106 dos mó-dulos 10.

A figura 5, por sua vez, ilustra a vista frontal do módulo de fluxode ar forçado 10, definido por um par de paredes horizontais paralelas 101 e102 e por um par de paredes verticais paralelas 103 e 104 que apresentamcanais 106 definidos por uma multiplicidade de paredes internas 105 parale-las às paredes verticais 103 e 104.

Como pode ser visto na figura 6, os canais 106 do módulo defluxo de ar forçado 10 podem apresentar uma primeira largura d1, ou seja,uma distância entre as paredes paralelas 105 compreendida entre 0,8 e 1,0milímetro. Ainda, os canais 106 podem compreender uma primeira altura h1,ou seja, uma distância entre as paredes horizontais 101 e 102 compreendi-da entre 8 e 10 milímetros.

Adicionalmente, as paredes paralelas 105 podem apresentaruma primeira espessura e1 compreendida entre 0,3 e 0,4 milímetro e aindaas paredes horizontais paralelas 101 e 102 e as paredes laterais paralelas103 e 104 podem apresentar uma segunda espessura e 2 compreendidaentre 0,4 e 0,6 milímetros.

Ainda, através da figura 6 é possível verificar que o módulo defluxo de ar forçado 10, pode compreender uma segunda altura h2 compre-endida entre 9 e 11 milímetros e uma segunda largura d2 compreendida en-tre 31 e 33 milímetros.

O módulo de fluxo de ar forçado 10 é disposto entre os tubos decirculação de fluido refrigerante 11, formando com estes um ângulo de 90graus. Os módulos 10 são montados por solda nos tubos de circulação defluido refrigerante, sendo a soldagem por brasagem ou por outro métodosimilar. O módulo 10 é posicionado de frente para uma hélice (não mostra-da) para receber o fluxo de ar e trocar calor com o fluido refrigerante.

Para esta concretização, os canais 106 assumem a função dasaletas e baseado nessa função os módulos 10 podem ser fabricados emdiversas variações relacionadas à quantidade do número de paredes poruma dada distância. Através do aumento ou redução do número de paredesé possível controlar o calor latente extraído do trocador de calor 1.

Devido a sua construção, os módulos de fluxo de ar forçado 10permitem a construção de um trocador de calor 1 que utiliza uma menorquantidade de soldas e substitui as usuais aletas corrugadas, resultando emum produto de melhor eficiência térmica e resistência mecânica.

Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, de-ve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possí-veis variações, sendo limitado tão-somente pelo teor das reivindicações a-nexas, aí incluídos os possíveis equivalentes.

Claims (4)

1. Módulo de fluxo de ar forçado (10) para um trocador de calor(1), caracterizado pelo fato de compreender, em seu interior, uma multiplici-dade de canais de fluxo de ar paralelos (106).

2. Módulo (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que é definido por um par de paredes laterais paralelas (103) e(104) e um par de paredes horizontais paralelas (101) e (102), sendo os ca-nais (106) definidos por uma multiplicidade de paredes paralelas (105) àsparedes laterais (103) e (104).

3. Trocador de calor (1) dotado de pelo menos dois conjuntos detubos de circulação de fluido refrigerante paralelos (11), caracterizado pelofato de que entre dois conjuntos de circulação de fluido refrigerante (11) estádisposto pelo menos um módulo de fluxo de ar forçado (10) como definidona reivindicação 1 ou 2.

4. Trocador de calor (1) de acordo com a reivindicação 3, carac-terizado pelo fato de que entre dois conjuntos de circulação de fluido refrige-rante (11) estão dispostos, em paralelo, uma multiplicidade de módulos defluxo de ar forçado (10).