ES2197936T3

ES2197936T3 - Tubo intercambiador de calor, doblado y re-ampliado y su montaje.

Info

Publication number: ES2197936T3
Application number: ES96307904T
Authority: ES
Inventors: Roger Paulman; A. Todd Mckay
Original assignee: Peerless of America Inc
Current assignee: Peerless of America Inc
Priority date: 1995-11-13
Filing date: 1996-10-31
Publication date: 2004-01-16
Anticipated expiration: 2016-10-31
Also published as: JPH09203594A; ATE237112T1; EP0773420A2; EP0773420A3; JP3306323B2; EP0773420B1; DE69627269T2; US5704123A; DE69627269D1

Abstract

ESTA INVENCION SE RELACIONA CON UN MONTAJE DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR DEL TIPO INSCRIPCION LATERAL QUE INCLUYE AL MENOS UN CONJUNTO DE ALETAS (24) Y UN TUBO INTERCAMBIADOR DE CALOR ALARGADO (12, 13, 14) QUE TIENE UNA PARED COLAPSADA (16) QUE EXTIENDE SUSTANCIALMENTE LA LONGITUD DEL TUBO, EL CUAL PERMITE EL CURVADO DEL TUBO INTERCAMBIADOR DE CALOR ALARGADO EN UNAS PORCIONES DE CURVATURA DE RETORNO Y PERMITE LA EXPANSION DEL TUBO ALARGADO (12, 13, 14) PARA ENGANCHARSE CON EL CONJUNTO DE ALETAS (24). TAMBIEN SE PRESENTAN UN METODO Y APARATO PARA LA FABRICACION DEL TUBO INTERCAMBIADOR DE CALOR ALARGADO QUE TIENE UNA PARED LATERAL COLAPSADA QUE EXTIENDE SUSTANCIALMENTE LA LONGITUD DEL TUBO, ASI COMO LOS METODOS DE FABRICACION DE LOS MONTAJES DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR.

Description

Tubo intercambiador de calor, doblado y re-ampliado y su montaje.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un novedoso tubo intercambiador de calor de pared delgada y a un método para fabricar montajes intercambiadores de calor empleando tales tubos intercambiadores de calor de pared delgada.

En los sistemas de refrigeración sin formación de hielo se han empleado durante décadas serpentines evaporadores de aluminio. Se ha predicado su adopción y empleo basándose en métodos de fabricación efectivos en coste en relación con tecnologías en competencia, unido a mejoras continuas en eficiencias operativas y en el uso de menos material refrigerante en el sistema de refrigeración. Por ejemplo, ha disminuido típicamente el espesor de pared de tubo desde aproximadamente 0.089 cm (0.035 pulgadas) hasta aproximadamente 0.048 cm (0.019 pulgadas) en los pasados veinte años. Adicionalmente, los espesores de aleta también se han reducido típicamente desde 0.025 hasta 0.015 cm (0.010 a 0.00575 pulgadas) durante este mismo periodo de tiempo. Tales ahorros en material de espesor de pared han sido posibles porque el serpentín evaporador acabado generalmente requiere una resistencia a la rotura de aproximadamente solo 3.4 Pa (500 libras por pulgada cuadrada) como máximo mientras que los modelos corrientes incluso con los espesores de pared de tubo más delgados poseen resistencias a la rotura de más de 6.9 Pa (1,000 libras por pulgada cuadrada), un factor de seguridad más que suficiente.

Sin embargo, el problema que afrontan los fabricantes de montajes intercambiadores de calor ha sido idear un método aceptable para fabricar un serpentín empleando tubería de pared delgada. El problema de los métodos conocidos en la técnica anterior se pone de relieve por los requisitos para el curvado de tubería de pared delgada con un radio pequeño para crear la ``curva de retorno''. La tubería de pared delgada se contrae a menos que esté adecuadamente apoyada bien internamente con un mandril de curvado, que actualmente no es económico por los requisitos de limpieza de los nuevos refrigerantes, o bien externamente mediante separadores como ha sido el caso durante muchos años en la fabricación de este estilo de serpentín evaporador. Además, algunos métodos de fabricación necesitan que la tubería de pared delgada se empuje o se tire a través de conjuntos o hileras de aletas. Como los tubos intercambiadores de calor de pared delgada no poseen suficiente resistencia y rigidez, son inadecuados generalmente para este tipo de manejo en la fabricación.

Se han sugerido varios medios para incluir el tubo intercambiador de calor de pared delgada en la ``curva de retorno''. Uno de tales métodos emplea separadores según el tubo se enrolla alrededor de un mandril por lo cual se produce una contracción controlada de la tubería en la curva de retorno que luego se expande por medio de presión interna hasta algo próximo a su forma y tamaño originales. Véase por ejemplo la Patente U.S. 5,228,198, asignada al cesionario de la presente invención, para una discusión de la técnica. Se ha sugerido alternativamente que la tubería intercambiadora de calor puede ser ovalada en sección transversal para encajar en ranuras en forma de ojo de cerradura en el conjunto o hilera de aletas que luego se vuelve a expandir por medio del uso de presión interna. Véanse por ejemplo las Patentes U.S. 4,778,004 y 4,881,311 asignadas al cesionario de la presente invención, para tales técnicas. No obstante, cada uno de estos métodos da como resultado porciones de curva de retorno que deben apoyarse externamente para evitar la contracción del tubo.

La US-A-1549849 describe un aparato de refrigeración que incluye un tubo que tiene una parte intermedia de sección transversal cruciforme. Esto aumenta la velocidad del aceite que pasa por el tubo de forma que remueva cualquier aceite que se adhiera a la superficie interior del tubo.

Resumen de la invención

De acuerdo con la presente invención se provee un tubo intercambiador de calor alargado según la Reivindicación 1, un método para hacer un tubo intercambiador de calor alargado según la Reivindicación 10 y un método para hacer un montaje intercambiador de calor según las Reivindicaciones 12, 19, 20, 21 y 22. Por tanto la presente invención provee un tubo intercambiador de calor alargado para uso en un montaje intercambiador de calor de tipo de entrada lateral que tiene al menos un conjunto de aletas. El tubo tiene una pared lateral hundida que encaja sustancialmente con la pared opuesta del tubo de forma que la sección transversal del tubo proporciona un hueco o abertura alargado que se extiende sustancialmente a lo largo del tubo, por lo cual el diámetro efectivo del tubo intercambiador de calor se ha reducido mientras que el espesor efectivo de pared del tubo intercambiador de calor se ha incrementado. Esto permite el curvado del tubo intercambiador de calor alargado, por lo que la pared lateral hundida evita la contracción del tubo en el área de curvado y permite la expansión del tubo a su estado original redondo o sustancialmente redondo en un modo de inflado para que encaje en èl al menos un conjunto de aletas.

La presente invención proporciona un método novedoso para hacer y utilizar un tubo intercambiador de calor alargado de pared delgada que tiene una pared lateral hundida que se extiende sustancialmente a lo largo del mismo en un montaje intercambiador de calor del tipo de entrada lateral que puede fabricarse montarse fácilmente.

En una realización, el montaje intercambiador de calor de pared delgada es más compacto y duro que los montajes intercambiadores de calor existentes al tiempo que posee una eficiencia incrementada sobre los sistemas de refrigeración existentes.

El tubo serpentín de la invención es preferiblemente fácil de montar y colocar en el conjunto asociado de aletas sin el empleo de collarines u otros dispositivos.

El tubo alargado de pared delgada que tiene una pared lateral hundida que se extiende sustancialmente a lo largo de su longitud puede insertarse dentro de un tubo recto de mayor diámetro y después inflarse para formar una unión y un sello apretado con el tubo exterior para proporcionar un escudo contra las pérdidas al tubo interior. Esto permite el uso de tales montajes intercambiadores de calor en sistemas de refrigeración que contienen refrigerantes combustibles.

Se puede colocar un hilo de calentamiento dentro de la abertura alargada del tubo hundido, el tubo y el hilo de calentamiento se insertan dentro de un tubo recto de mayor diámetro y luego se vuelve a inflar una unión y sello apretados con el tubo exterior para proporcionar una estructura donde el hilo de calentamiento contenido entre los tubos intercambiadores de calor se coloca adyacente al conjunto o hilera de aletas para llevar a cabo rápidamente el deshielo del montaje intercambiador de calor.

De acuerdo con la presente invención, se pasa un tubo intercambiador de calor de pared delgada a través de un mecanismo de plegado o laminador de estilo Yoder para proveer un tubo alargado que tiene una pared lateral hundida que se extiende sustancialmente por la longitud del tubo. La sección transversal del tubo alargado hundido proporciona un hueco, canal o abertura alargado que se extiende sustancialmente por la longitud del tubo intercambiador de calor. El efecto de comprimir o hundir la tubería para crear un hueco o abertura que se extiende por la longitud de la tubería proporciona que el diámetro efectivo del tubo intercambiador de calor se reduzca mientras que el espesor efectivo de pared de tubo se incrementa. Tal estructura de tubo permite el curvado del tubo flexible que tiene un diámetro menor alrededor de un mandril con la pared plegada evitando el hundimiento del tubo en el área de curvado. Por tanto, mediante la reducción del diámetro efectivo del tubo al tiempo que el incremento del espesor efectivo de pared del tubo, se pueden emplear mandriles más pequeños para curvar el tubo intercambiador de calor en forma de serpentín. Esta estructura permite el curvado del tubo contraído con un espesor de pared tan pequeño como 0.036 cm (0.014 pulgadas) o menos alrededor de un mandril de 1.27 cm (1/2 de pulgada) o menos, para proporcionar un serpentín acabado conteniendo tubos tan juntos en el plano de plegado como 1.3 cm (1/2 de pulgada) o menos en vez de 1.6 cm (5/8 de pulgada) o mayor, como es lo real en los montajes intercambiadores de calor existentes. Esta estructura permite un aumento de la densidad de tubos en una configuración dada de serpentín de hasta un 20 por ciento sobre las estructuras existentes, un factor significativo en la producción de montajes intercambiadores de calor.

Adicionalmente, de acuerdo con la presente invención, el plegado hacia adentro del tubo alargado para proporcionar una pared lateral hundida que se extiende sustancialmente por la longitud del tubo proporciona un tubo contraído donde la superficie interior del plegado realmente toca o está muy próxima a tocar o encajar en la pared opuesta del tubo. Tal estructura evita que la porción del tubo que está en contacto real con los mandriles durante la operación de curvado forme una ``cueva'' o ``abolladura'' porque se separe del mandril. Tales ``cuevas'' o ``abolladuras'' no vuelven a redondearse durante el proceso de reinflado del tubo. La pared opuesta del tubo que está en contacto con la pared lateral que encaja en el mandril, tiene un efecto de reforzamiento de la pared del tubo contra tal ``formación de cuevas'' o ``abollamiento'' durante el enrollamiento y, por tanto incrementa el espesor efectivo de pared para la finalidad del curvado.

Durante la fabricación de tubos intercambiadores de calor según la presente invención, al menos un extremo del tubo intercambiador dde calor para una distancia d aproximadamente 15 a 30 cm (6 a 12 pulgadas) desde el extremo no es hundido durante el encaje con el mecanismo o medio de plegado y queda con la configuración de sección transversal redonda como fue extruído. La estructura de extremo redondo facilita una unión o conexión fácil con un ajuste por presión cuando se produce el momento de volver a inflarlo.

Por tanto la presente invención describe un método de fabricación para hacer montajes intercambiadores de calor que elimina el uso de separadores durante la operación de curvado del tubo intercambiador de calor alrededor de montajes de mandril de diámetro múltiple. Adicionalmente, la presente invención, empleando un tubo intercambiador de calor contraído, proporciona un montaje intercambiador de calor que tiene un espaciado más denso del tubo utilizando tamaños de mandril más pequeños que los que están ahora disponibles con las estructuras existentes de la técnica anterior. Adicionalmente, existen mandriles de diferentes tamaños y mayores oportunidades de diseño para su uso en la industria de la refrigeración por lo cual se proporciona una eficiencia incrementada de evaporador del sistema refrigerante. Además, de acuerdo con la presente invención, se pueden emplear aletas y paredes de tubo más delgadas de lo que había sido posible previamente para su uso en la fabricación de montajes intercambiadores de calor que contienen un tubo alargado intercambiador de calor en serpentín y da como resultado un tubo más eficiente que tiene un costo de fabricación sustancialmente inferior.

Por tanto, la presente invención simplifica significativamente el mecanismo de curvado de tubos empleados en montajes intercambiadores de calor de tipo serpentín al tiempo que proporciona una menor inversión en costes de equipos para hacer montajes intercambiadores de calor según la presente invención.

Además, la presente invención permite mucha mayor flexibilidad in la configuración y colocación de los tubos intercambiadores de calor en relación con el conjunto de aletas y permite al diseñador cambiar la concentración de tubos y aletas en el mismo producto acabado.

La presente invención consta de ciertas características y detalles estructurales novedosos que se describen enteramente en lo que sigue, se ilustran en los dibujos que se acompañan y se señalan particularmente en las reivindicaciones anejas.

Breve descripción de los dibujos

Con el propósito de hacer más fácil y comprensible la presente invención se ha ilustrado en los dibujos que se acompañan una realización preferida de la misma, a partir de un examen de la cual, cuando se considera en conexión con la siguiente descripción detallada, la invención, su construcción y funcionamiento y muchas de sus ventajas se entenderán y apreciarán fácilmente.

La Fig. 1 es una vista en perspectiva de un tubo intercambiador de calor de pared delgada extruido según la presente invención;

La Fig. 1A es una sección transversal del tubo intercambiador de calor de pared delgada mostrado en la Fig. 1;

La Fig. 2 es una vista en perspectiva de un tubo intercambiador de calor de pared delgada contraído durante el laminado por un mecanismo o medio de plegado del tubo intercambiador de la Fig. 1 para proporcionar un tubo intercambiador de calor contraído alargado según la presente invención;

La Fig. 2A es una vista frontal del tubo intercambiador de calor pasando por el mecanismo de plegado como se muestra en la Fig. 2;

La Fig. 3 ilustra un conjunto de mandriles de diámetros múltiples empleados para curvar las curvas de varios radios con un movimiento de enrollamiento continuo para hacer el tubo serpentín de acuerdo con la presente invención;

La Fig. 4 es el tubo intercambiador de calor de la Fig. 2 enrollado de forma continua en los mandriles de la Fig. 3 según la presente invención;

La Fig. 5 ilustra el tubo intercambiador de calor de tipo serpentín contraído formado en la Fig. 4 durante la inserción en aberturas de un conjunto o hilera de aletas según la presente invención;

La Fig. 6 ilustra el tubo intercambiador de calor serpentín de la Fig. 5 tras la expansión para que encaje en el conjunto o hilera de aletas empleando medios de presión interna según la presente invención;

La Fig. 7 es un tubo dentro de una sección transversal ilustrando la inserción del tubo contraído dentro de un tubo redondo de un diámetro mayor según una nueva realización de la presente invención;

La Fig. 7A es el tubo dentro de un tubo como se representó en la Fig. 7, tras la expansión del tubo interior contraído empleando medios de presión interna según la presente invención;

La Fig. 8 es un tubo dentro de un tubo como se mostró en la Fig. 7, incluyendo además un hilo de calentamiento alargado colocado dentro de la abertura alargada proporcionada por el tubo intercambiador de calor de pared delgada contraído según una nueva realización de la presente invención;

La Fig. 8A es el tubo dentro de un tubo y el hilo de calentamiento como se representó en la Fig. 8 tras la expansión del tubo interior contraído empleando medios de presión internos según la presente invención;

La Fig. 9 es una vista en perspectiva del tubo intercambiador de calor contraído o plegado de la Fig. 2 que se inserta a través de conjuntos o hileras de aletas asociadas con cada tubo de un montaje intercambiador de calor;

La Fig. 9A ilustra un montaje intercambiador de calor con el tubo intercambiador de calor de la Fig. 9 dispuesto sobre mandriles según la presente invención; y

La Fig. 9B ilustra el montaje intercambiador de calor acabado de la Fig. 9A tras la expansión por aire empleando medios de presión interna para expandir el tubo contraído hasta encajar y quedar bloqueado en los conjuntos o hileras de aletas según la presente invención.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

Refiriéndonos ahora a los dibujos donde se han empleado los mismos números en las varias vistas para identificar a las mismas o similares partes, el montaje intercambiador de calor 10 (Fig. 6) incluye una longitud de pieza de tubería intercambiadora de calor 12 (Figs. 1 y 1A) en estado redondo tal como se extruyó. La tubería 12 empleada para intercambiadores de calor del tipo usado en sistemas refrigeradores domésticos tiene típicamente tiene diámetros exteriores de 0.64 a 1.3 cm (1/4 a 1/2 pulgada), con espesores de pared 14 de entre aproximadamente 0.025 y 0.076 cm (0.010 a 0.030 pulgadas) y calculado para proporcionar una mínima resistencia a la rotura. El espesor de pared 14 dependerá del material seleccionado para extrusión, como aluminio grado AA1050, y de las tolerancias permitidas por el proceso de extrusión del aluminio. La tubería 12 en esta etapa se encuentra en estado redondo o estado ``F'' como se extruyó típicamente con una estructura de grano fino.

La tubería 12 se corta a la longitud deseada para la configuración particular de serpentín del montaje intercambiador de calor acabado con un largo por cada montaje. Esta longitud puede variar típicamente desde tan poco como 4.6 m (15 pies) hasta tanto como 15.2 m (50 pies), dependiendo de la transferencia total de calor necesaria por el sistema de refrigeración.

Preferiblemente, alrededor de 15-30 cm (6-12 pulgadas) de los extremos de la tubería se conservan en su estado ``redondo'' tal como se extruyó, como se tratará en lo que sigue. Luego un extremo de cada tubo individual se inserta 15- 30 cm (6-12 pulgadas) desde el extremo en un medio de compresión o rodillo de laminación de estilo Yoder 15 como se muestra en las Figs. 2 y 3.

En la Fig. 2, el tubo intercambiador de calor de pared delgada 12 se pasa por un mecanismo formador con medios de compresión o rodillo laminador de estilo Yoder 15 que tiene una cavidad conformadora en la matriz que coopera con una rueda o elemento de compresión para proporcionar un tubo alargado 13 que tiene una pared lateral hundida 16 (Fig. 2A) que se extiende sustancialmente por la longitud del tubo 13. La sección transversal del tubo alargado contraído 13 proporciona un hueco, canal o abertura alargado 18 que se extiende sustancialmente a lo largo del tubo intercambiador de calor, como se muestra asimismo en la Fig. 2A. El efecto de comprimir y contraer la tubería 12 para crear un hueco o abertura alargado 18 en el tubo plegado 13 que se extiende a lo largo de la tubería proporciona que el diámetro efectivo del tubo intercambiador de calor contraído 13 se haya reducido mientras que al mismo tiempo el espesor efectivo de pared 14 se ha incrementado. Tal estructura de tubo permite el curvado del tubo plegado 13 con un diámetro menor, alrededor de unos mandriles de diámetros múltiples 20 evitando la pared lateral 16 el hundimiento del tubo en el área de curva. En consecuencia, se pueden emplear mandriles menores 20 mediante la reducción del diámetro efectivo del tubo 13 mientras se aumenta el espesor efectivo de pared del tubo, para el curvado del tubo intercambiador de calor a la forma deseada de serpentín. Además, tal estructura permite el curvado de tubos contraídos con espesor de pared tan pequeño como 0.036 cm (0.014 pulgadas) alrededor de mandriles de 1.3 cm (1/2 pulgada). Esto proporciona un arollamiento conteniendo tubos tan próximos en el plano de curvado como 1.3 cm (1/2 pulgada) o menos en vez de los 1.6 cm (5/8 pulgada) o mayor como es lo real en los montajes intercambiadores de calor existentes, ya que el mandril coloca 20 vueltas de forma giratoria, como se muestra en la Fig. 3. La tubería plegada 13 va saliendo del laminador 15 con la forma estructural mostrada en la Fig. 2A y luego se enrolla alrededor de los mandriles 20 con el espacio abierto 18 del tubo contraído separado de las superficies de mandril 20a, como se muestra en la Fig. 4. El laminador controla de forma predeterminada la colocación del espacio abierto del tubo contraído de forma que el tubo se ubica adecuadamente en relación con el mandril en el que se enrollará durante la fabricación del tubo intercambiador de calor del serpentín.

En efecto, como se muestra en la Fig. 4, el tubo contraído 13 con una abertura alargada 18 se introduce en el montaje de mandril de diámetro múltiple 20, con la abertura 18 siempre en el lado exterior de la superficie del mandril 20a porque el curvado de tubos con paredes más fuertes con diámetros más pequeños se vuelve más fácil de hacer sin hundir la tubería en el área de curvado. Se pueden emplear mandriles más pequeños para curvado mediante reducción del diámetro efectivo y aumento del espesor efectivo de pared. Típicamente, con los anteriores métodos de fabricación, un tubo con un diámetro exterior de 0.79 cm (5/16 pulgada) con un espesor de pared de 0.056 cm (0.022 pulgada) se hundiría y no sería usable. Como se señaló más arriba, el método de la presente invención consigue un incremento de densidad de tubos en un arrollamiento dado de hasta el 20 sobre los arrollamientos convencionales disponibles. Además, se hace notar de acuerdo con la presente invención, que las dimensiones dadas son proporcionadas para varios diámetros de tubo y espesores de pared de tubería y que esta invención cubre todos los rangos de diámetros y espesores de pared.

Es un aspecto de la presente invención que al menos un extremo de la tubería intercambiadora de calor 12 no se pliegue en la forma descrita hasta aquí. La finalidad de dejar al menos un extremo de forma redonda tal como se extruyó es que esto permite la conexión sencilla con un útil de presión cuando se produce el momento de volver a inflar.

Como se apuntó más arriba, la Fig. 4 muestra la forma preferida de arrollamiento del tubo plegado alrededor de las superficies de mandril 20a. La abertura 18 del tubo plegado 13 debe orientarse separada del propio mandril para permitir al tubo en el modo de inflado ``abrirse'' de nuevo hacia fuera hasta su estado original redondo o casi redondo. Además, de acuerdo con la presente invención, la pared lateral alargada plegada hacia dentro, que se identifica con 16 en los dibujos, preferiblemente toca o entra en estrecho contacto con la pared lateral opuesta 16a del tubo 13. La finalidad de esto es evitar que la parte del tubo que está en contacto real con el mandril durante el curvado forme una ``cueva'' o ``abolladura'' porque se separe del mandril. Tales ``cuevas'' o ``abolladuras'' no vuelven a redondearse durante el proceso de reinflado del tubo. La pared plegada interior 16 del tubo 13 que está en contacto con la pared lateral 16a que toca en las superficies 20a del mandril, tiene un efecto de reforzamiento de la pared del tubo contra tal formación de cuevas o abollamiento durante el arollamiento y por tanto incrementa el espesor efectivo o aparente de pared para la finalidad del curvado.

Como se muestra en las Figs. 3 y 4, algunas de las curvas de retorno tienen distintos radios que otras curvas de retorno. La finalidad de estos radios de curva de distinto tamaño es permitir a la tubería que se coloque en posteriores procesos con separación variable de tubos o para ``puentes de conexión'' o por otras razones para permitir al serpentín acabado tener tubos en casi cualquier posición en el montaje intercambiador de calor acabado. La Fig. 4 muestra asimismo un diseño de tubo propuesto que puede emplear un espaciado de tubo variable con la finalidad de captar hielo por ejemplo en un refrigerador libre de hielo.

La Fig. 5 ilustra el tubo 17 tipo serpentín arrollado de forma espiral conteniendo la abertura alargada 18 que ha sido sacado de los mandriles y se está insertando en ranuras o agujero de aletas 22 en el conjunto o hilera de aletas 24. A diferencia de la técnica anterior, el tubo 17 tipo serpentín plegado no inflado de la presente invención tiene un diámetro más pequeño que las ranuras o agujeros de aleta 22 del conjunto o hilera de aletas 24 en el que se está insertando. Consecuentemente es innecesario tener collares o cualesquiera otros dispositivos para facilitar le deslizamiento o colocación fácil del tubo tipo serpentín 17 en las ranuras o agujeros de aletas, como sí es necesario con los métodos de fabricación conocidos previamente. Por tanto, de acuerdo con la presente invención, el tubo tipo serpentín 17 plegado o contraído se puede insertar más fácilmente en el conjunto o hilera de aletas que con otros métodos de fabricación. Es una parte adicional de esta invención que las ranuras o agujeros de aleta 22 ``hueso de perro'' (Fig. 5) a través de los que las curvas de retorno del serpentín deben deslizarse pueden ser más estrechos de lo que se había necesitado anteriormente, produciendo por esto mayor área superficial de aleta del montaje intercambiador de calor acabado. Además, el tubo tipo serpentín plegado 17 siendo más rígido a causa de la operación en frío puede deslizarse más fácilmente en las ranuras de aleta o agujeros de aleta 22.

La Fig. 6 ilustra el tubo tipo serpentín 12 y el montaje intercambiador de calor resultante 10 tras volver a inflar a una configuración nueva, en este caso sustancialmente redonda. En este proceso, la pared lateral del tubo expandido 16 entra en íntimo contacto con el conjunto o hilera de aletas 24 y bloquea la hilera en contacto con el tubo expandido para producir una excelente conexión tubo-aleta y consecuentemente propiedades de transferencia de calor excelentes. El proceso de volver a inflar es extremadamente rápido y el inflado del tubo serpentín contraído 13 en un punto no moverá los conjuntos o hileras de aletas lejos de la tubería porque no hay tiempo suficiente para que la masa de la aleta acelere y produzca movimiento separándose del tubo en expansión. Cuando el tubo plegado está colocado y sostenido con la orientación adecuada con respecto a las ranuras o agujeros de aleta 22 en los conjuntos o hileras de aletas 24, el inflado del tubo plegado 13 produce que el tubo expandido se conforme a la geometría de las ranuras de aleta o agujeros de aleta.

Las Figs. 7 y 7A muestran una nueva realización de la presente invención donde se ilustra una disposición de tubo-dentro de-tubo donde el tubo plegado 13 se ha insertado en un tubo recto 25 que tiene mayor diámetro superficial y luego se ha vuelto a inflar para formar una unión bien ajustada entre el exterior del tubo plegado y la superficie interior del tubo recto 25. Luego ambos tubos conjuntamente pueden conformarse en serpentín y pueden colocarse aletas por métodos convencionales. Esta realización proporciona una protección al tubo interior, que hasta ahora no había sido posible en la fabricación de tubos interiores protegidos. Por tanto, un aspecto importante de la presente invención es que tras el nuevo inflado, la abertura alargada 18 del tubo 13 no se vuelve a expandir completamente a la forma redonda, proporcionando de este modo un pequeño orificio alargado 26 entre las paredes de ambos tubos. Este orificio alargado 26 se puede emplear para los gases de escape del tubo interior que contiene refrigerante 13 si desarrolla una fuga. Este diseño es particularmente valorable en proyectos de sistemas de refrigeración que emplean refrigerantes combustibles.

Las Figs. 8 y 8A ilustran una nueva realización de la presente invención de la disposición tubo-dentro de-tubo como se mostró en las Figs. 7 y 7A, donde se coloca un hilo de calentamiento alargado 27 dentro de la abertura alargada 18 del tubo contraído o plegado 13. Como se estableció más arriba con respecto a las Figs. 7 y 7A, tras volver a inflar, la abertura alargada 13 del tubo contraído 13 no se vuelve a expandir completamente hasta la forma redonda, poniendo por tanto el hilo de calentamiento 27 dentro del orificio alargado 26 entre las paredes de los tubos. Esta estructura permite la colocación del hilo de calentamiento dentro de los tubos intercambiadores de calor para ubicar el calor colindante con los conjuntos o hileras de aletas, origen del hielo. Esta estructura consigue rápidamente el deshielo de tales montajes intercambiadores de calor al tiempo que utiliza un consumo de potencia reducido.

Las Figs. 9-9B ilustran un tipo alternativo de montaje intercambiador de calor acabado 10 donde se han colocado de forma predeterminada conjuntos o hileras individuales de aletas plegados 24 sobre el tubo plegado alargado 13 (Fig. 9) insertando el tubo contraído alargado a través de agujeros de aletas 22 en las hileras 24 y luego curvando los tubos conteniendo conjuntos de aletas alrededor de mandriles 20 (Fig. 9A) previamente a volver a inflar los tubos. El proceso de reinflado fija y asegura las aletas individuales a los tubos, como se muestra en la Fig. 9B, para terminar el montaje intercambiador de calor 10. En esta realización de la presente invención, también es posible tener varias formas o ``collarines'' para incrementar el contacto del tubo con la aleta disminuyendo en consecuencia la resistencia al flujo de calor entre el tubo y la aleta. El método que emplea el tubo plegado y vuelto a inflar que contiene conjuntos de aletas permite al diseñador de intercambiadores de calor mucha mayor flexibilidad no solo en el diseño del esquema de tubos sino también en la forma de aletas y en la colocación de la hilera en el serpentín acabado. Además, en tales montajes, son posibles ambas cosas aletas más delgadas y paredes de tubo más delgadas de lo que se había empleado en la técnica anterior a causa de que las aletas no soportan los tubos o tuberías expandidas.

De acuerdo con la presente invención, se describe un método novedoso para hacer un montaje intercambiador de calor que incluye las fases de pasar un tubo intercambiador de calor de pared delgada a través de un mecanismo de plegado para proporcionar un tubo alargado que tiene una pared lateral hundida que se extiende sustancialmente a lo largo del tubo. Luego el tubo intercambiador de calor plegado alargado se rota alrededor de un mandril conformador bien de diámetro o bien de diámetro constante para proveer un tubo intercambiador de calor en serpentín arrollado en espiral. El tubo intercambiador de calor en serpentín arrollado en espiral se alinea con una disposición de transferencia de calor que tiene una primera y una segunda superficies paralelas de aleta teniendo cada superficie paralela aberturas alineadas. El tubo intercambiador de calor en forma de serpentín arrollado en espiral se inserta después en las aberturas de la disposición de transferencia de calor y luego se vuelve a expandir para mover el tubo intercambiador de calor plegado hacia fuera para producir que el tubo encaje y entre en contacto con las superficies de aleta para fijar y asegurar las aletas individuales al tubo expandido para completar el montaje intercambiador de calor.

Adicionalmente, se encuentra dentro del ámbito de la presente invención que el método para hacer montajes intercambiadores de calor incluya conjuntos o hileras de aletas plegados con aberturas en ellas que están ubicadas específicamente sobre el tubo intercambiador de calor plegado alargado. Los conjuntos de aletas montados específicamente y el tubo correspondiente se curvan después alrededor del mandril para proveer un montaje intercambiador de calor similar al tipo serpentín. El tubo intercambiador de calor plegado alargado formado tipo serpentín se vuelve a inflar después para que encaje y se asegure a las superficies de aletas individuales de la disposición del conjunto de aletas para completar el montaje intercambiador de calor. Este método permite al diseñador de intercambiadores de calor mayor flexibilidad en el diseño de la disposición de tubos así como de la colocación de la disposición dentro del montaje serpentín acabado.

Además, el método para producir montajes intercambiadores de calor incluye el empleo de conjuntos o hileras de aletas de transferencia de calor simples o múltiples, que son como láminas de tipo acordeón de material radiante plegadas de un lado y a otro sobre sí mismas. La unión entre las láminas plegadas del material de hilera puede incluir ranuras o muescas que cooperan para encajarse con un solo largo de tubo intercambiador de calor plegado que está enrollado de forma espiral alrededor de la hilera para encajar en las ranuras o muescas para formar el montaje intercambiador de calor. El montaje intercambiador de calor se completa con la vuelta a inflar del tubo plegado para asegurar el tubo a la hilera o hileras, para proporcionar un montaje intercambiador de calor, sustancialmente de acuerdo con las enseñanzas de la Patente de Estados Unidos No. 4,778,004 asignada al cesionario de la presente invención.

Aunque se ha descrito la presente invención como que utiliza un mandril conformador de diámetro múltiple para proporcionar el tubo intercambiador de calor de tipo serpentín arrollado en forma espiral, el mandril conformador también puede ser de diámetro constante para proporcionar el tubo intercambiador de calor arrollado. Es más, el mandril conformador puede tener una configuración que es de forma rectangular o en forma de múltiples lados para permitir la fabricación de varias configuraciones geométricas de serpentín, según se desee.

Claims

1. Un tubo intercambiador de calor alargado (13) para uso en un montaje intercambiador de calor (10) de tipo de entrada lateral que tiene al menos un conjunto de aletas (24) el cual tubo tiene una pared lateral hundida (16) que encaja sustancialmente con la pared opuesta del tubo de forma que la sección transversal del tubo proporciona un hueco o abertura alargado (18) que se extiende sustancialmente a lo largo de dicho tubo, por lo cual el diámetro efectivo del tubo intercambiador de calor se ha reducido mientras que el espesor efectivo de pared del tubo intercambiador de calor se ha incrementado, lo que permite el curvado del tubo intercambiador de calor alargado, por lo que la pared lateral hundida evita la contracción del tubo en el área de curvado y permite al tubo alargado expandirse hasta su estado original redondo o sustancialmente redondo en un modo de inflado para que encaje en el al menos un conjunto de aletas.

2. El tubo intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1, donde dicho tubo intercambiador de calor alargado (13) tiene un espesor de pared (14) entre aproximadamente 0.025 y 0.076 cm (0.010 a 0.030 pulgadas).

3. El tubo intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 2, donde la porción de curva de retorno de dicho tubo intercambiador de calor alargado (13) es capaz de ser curvada alrededor de un mandril (20).

4. El tubo intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 3, donde dicho mandril (20) tiene un radio de menos de aproximadamente 1.3 cm (0.5 pulgadas).

5. El tubo intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1, donde la sección transversal de la pared lateral hundida (16) es un hueco alargado (18) que sustancialmente se extiende a lo largo de dicho tubo intercambiador de calor (13).

6. El tubo intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1, donde dicho tubo (13) incluye porciones extremas sustancialmente circulares.

7. Una disposición de tubo intercambiador de calor que comprende un tubo intercambiador de calor alargado (13) según la reivindicación 1 insertado dentro de un tubo recto (25) de mayor diámetro, siendo vuelto a inflar el tubo intercambiador de calor insertado para formar una unión estrecha entre el exterior del tubo insertado y el interior del tubo recto externo.

8. La disposición de tubo intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 7, donde dicha expansión de dicho tubo (13) que tiene una pared lateral hundida (16) dentro de dicho tubo externo (25) proporciona un orificio alargado (26) que se extiende a lo largo entre las paredes de los tubos unidos.

9. La disposición de tubo intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 8, donde dicho tubo intercambiador de calor alargado (13) con una pared lateral hundida (16) incluye un hilo de calentamiento (27) colocado allí a lo largo de su extensión de forma que la expansión del tubo de pared lateral hundida coloca a dicho hilo de calentamiento dentro de dicho orificio alargado (26) entre los tubos intercambiadores de calor.

10. Un método para producir un tubo intercambiador de calor alargado (13) según la reivindicación 1 para su uso en un montaje intercambiador de calor (10) del tipo de entrada lateral, que incluye las fases de:

extruir un tubo alargado (12) con una sección transversal sustancialmente circular;

cortar el tubo alargado extruido a la longitud deseada del montaje intercambiador de calor acabado; y

pasar el tubo extruido cortado a través de un mecanismo de plegado para proporcionar un tubo alargado (13) que tiene una pared lateral hundida expandible (16) que encaja sustancialmente con la pared opuesta del tubo extendiéndose sustancialmente a lo largo del tubo alargado.

11. El método según la reivindicación 10, donde dicho tubo alargado extruido (13) tiene un espesor de pared (14) de entre aproximadamente 0.025 cm y 0.076 cm (0.010 y 0.030 pulgadas).

12. Un método para producir un montaje intercambiador de calor (10) que incluye un tubo intercambiador de calor de pared delgada (12) y al menos un conjunto de aletas (24) con agujeros de aleta (22), que incluye en combinación:

pasar el tubo intercambiador de calor de pared delgada (12) a través de un mecanismo de plegado para proporcionar un tubo alargado (13) que tiene una porción de pared lateral hundida (16) que se extiende sustancialmente a lo largo del tubo;

girar el tubo intercambiador de calor hundido alargado (13) alrededor de un mandril conformador (20) que tiene una superficie exterior de mandril (20a) mientras se mantiene y coloca dicha porción hundida opuesta a dicha superficie exterior de mandril para proporcionar un tubo intercambiador de calor en serpentín arrollado en espiral (17);

alinear dicho serpentín arrollado en espiral (17) con los agujeros de aleta (22) de dicho al menos un conjunto de aletas (24); y

expandir dicha porción de pared lateral hundida (16) del tubo intercambiador de calor (13) para asegurar el conjunto de aletas (24) al tubo intercambiador de calor de pared delgada expandido para proporcionar el montaje intercambiador de calor.

13. El método de acuerdo con la reivindicación 12 donde dicho tubo intercambiador de calor de pared delgada alargado (13) tiene un espesor de pared (14) de aproximadamente entre 0.025 y 0.076 cm (0.010 y 0.030 pulgadas).

14. El método de acuerdo con la reivindicación 12 donde dicha superficie exterior de mandril (20a) tiene diámetro múltiple para proporcionar porciones de curva de retorno de dicho tubo intercambiador de calor de serpentín arrollado en espiral (17) que tienen diferentes radios.

15. El método de acuerdo con la reivindicación 12 donde dicha superficie exterior de mandril (20a) tiene un diámetro uniforme para proporcionar las porciones de curva de retorno de dicho tubo intercambiador de calor de serpentín arrollado en espiral (17) que tienen sustancialmente los mismos radios.

16. El método de acuerdo con la reivindicación 12, donde dicho método incluye además la fase de insertar dicho tubo intercambiador de calor alargado (13) con una pared lateral hundida (16) dentro de un tubo intercambiador de calor exterior (25) sustancialmente circular para permitir la expansión de dicho tubo con una pared lateral hundida para formar una unión entre los tubos intercambiadores de calor.

17. El método de acuerdo con la reivindicación 16 donde dicha fase de expansión de dicho tubo (13) con una pared lateral hundida (16) es dentro de dicho tubo exterior (25) para proporcionar un orificio alargado (24) que se extiende a lo largo entre las paredes de los tubos unidos.

18. El método de acuerdo con la reivindicación 17 donde dicho tubo intercambiador de calor alargado (13) con una pared lateral hundida (16) incluye un hilo de calentamiento (27) colocado allí a lo largo de su extensión de manera que la expansión del tubo de pared lateral hundida (13) dentro de dicho tubo exterior (25) coloca a dicho hilo de calentamiento (27) dentro de dicho orificio alargado (26) entre los tubos intercambiadores de calor.

19. Un método para producir un montaje intercambiador de calor (10) que incluye un tubo intercambiador de calor de pared delgada (12) y al menos un conjunto de aletas (24) que tienen agujeros de aleta (22) en estas, que incluye en combinación:

pasar el tubo intercambiador de calor de pared delgada (12) por un mecanismo de plegado para proveer un tubo alargado (13) que tiene una porción de pared lateral hundida (16) que se extiende sustancialmente por la longitud del tubo;

insertar dicho tubo intercambiador de calor de pared delgada (13) que tiene una porción de pared lateral hundida (16) a través de dichos agujeros (22) de dicho al menos un conjunto de aletas (24) para colocar dicho al menos un conjunto de aletas (24) sobre dicho tubo;

girar el tubo intercambiador de calor hundido alargado (13) y dicho al menos un conjunto de aletas (24) asociado alrededor de la superficie exterior (20a) de un mandril conformador para proporcionar un tubo intercambiador de calor (17) en serpentín arrollado en espiral y el conjunto asociado de aletas (24); y

expandir dicha porción de pared lateral hundida (16) del tubo intercambiador de calor (13) para asegurar el al menos un conjunto de aletas (24) al tubo intercambiador de calor de pared delgada expandido para proporcionar un montaje intercambiador de calor.

20. Un método para producir un montaje intercambiador de calor (10) que incluye un tubo intercambiador de calor de pared delgada (12) y al menos un conjunto de aletas (24) que tienen agujeros de aleta (22) en estas, que incluye en combinación:

insertar dicho tubo (13) que tiene una porción de pared lateral hundida (16) dentro de un tubo intercambiador de calor exterior (25) sustancialmente circular;

colocar dicho tubo intercambiador de calor de pared delgada (13) con una porción de pared lateral hundida (16) y dicho tubo exterior (25) a través de dichos agujeros (22) de dicho al menos un conjunto de aletas (24) para situar dicho al menos un conjunto de aletas (24) sobre dicho tubo exterior;

girar el tubo intercambiador de calor hundido alargado (13), el tubo exterior (25) y dicho al menos un conjunto de aletas (24) asociado alrededor de la superficie exterior (20a) de un mandril conformador para proporcionar un tubo intercambiador de calor (17) en serpentín arrollado en espiral y el conjunto asociado de aletas (24); y

expandir dicha porción de pared lateral hundida (16) del tubo intercambiador de calor (13) dentro de dicho tubo exterior (25) para formar una unión entre los tubos y para asegurar el al menos un conjunto de aletas (24) a los tubos para proporcionar un montaje intercambiador de calor.

21. Un método para producir un montaje intercambiador de calor (10) que incluye un tubo intercambiador de calor de pared delgada (12) y al menos un conjunto de aletas (24) donde el al menos un conjunto de aletas es una lámina de tipo acordeón de un material que radia calor plegado de un lado a otro sobre sí mismo y que tiene ranuras de aleta (22) en la unión de cada pliegue, que incluye en combinación:

arrollar en espiral el tubo intercambiador de calor huundido alargado (13) alrededo de un mandril conformador (20) y dicho al menos un conjunto de aletas (24) para encajar un tubo intercambiador de calor (17) en serpentín arrollado en espiral con dichas ranuras de dicho al menos un conjunto de aletas; y

expandir dicha porción de pared lateral hundida (16) del tubo intercambiador de calor (13) para asegurar el conjunto de aletas (24) al tubo intercambiador de calor (17) de pared delgada arrollado en espiral expandido para completar el montaje intercambiador de calor.

22. Un método para producir un montaje intercambiador de calor (10) que incluye un tubo intercambiador de calor de pared delgada (12) y al menos un conjunto de aletas (24) donde el al menos un conjunto de aletas es una lámina de tipo acordeón de un material que radia calor plegado de un lado a otro sobre sí mismo y que tiene ranuras de aleta (22) en la unión de cada pliegue, que incluye en combinación:

insertar dicho tubo (13) que tiene una pared lateral hundida (16) dentro de un tubo intercambiador de calor exterior (25) sustancialmente circular;

arrollar el tubo intercambiador de calor hundido alargado (13) y dicho tubo exterior (25) alrededor de un mandril conformador (20) y dicho al menos un conjunto de aletas (24) para encajar dichos tubos intercambiadores de calor (17) en serpentín arrollado en espiral con dichas ranuras (22) de dicho al menos un conjunto de aletas; y

expandir dicha porción de pared lateral hundida (16) del tubo intercambiador de calor (13) dentro de dicho tubo exterior (25) para asegurar el al menos un conjunto de aletas (24) a los tubos intercambiadores de calor (17) en serpentín para completar el montaje intercambiador de calor.

23. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 19 y 21, donde el mandril (20) tiene un radio de menos de aproximadamente 1.3 cm (0.5 pulgadas).