ES2354437T3 - Tubo de transferencia de calor para suministrar agua caliente. - Google Patents

Tubo de transferencia de calor para suministrar agua caliente. Download PDF

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ES2354437T3 ES05739244T ES05739244T ES2354437T3 ES 2354437 T3 ES2354437 T3 ES 2354437T3 ES 05739244 T ES05739244 T ES 05739244T ES 05739244 T ES05739244 T ES 05739244T ES 2354437 T3 ES2354437 T3 ES 2354437T3
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Abstract

Un intercambiador de calor de agua (30) que comprende: un primer tubo de transferencia de calor (70) configurado para el flujo de agua caliente como un primer fluido y para el intercambio de calor entre su interior y su exterior y que tiene una superficie exterior (71), en el que una pluralidad de proyecciones (713) se dispone en al menos una parte de la superficie interior de una porción situada en una sección en la que el número de Reynolds (Re) del citado primer fluido que va a circular en el citado interior es inferior a 7.000, estando formadas las citadas proyecciones en la superficie interior por la formación de entalladuras en la citada superficie exterior (71) que se caracteriza por un segundo tubo de transferencia de calor (72) dispuesto en el exterior del citado primer tubo de transferencia de calor (70) y que se configura para que circule un segundo fluido para intercambiar calor con el citado primer fluido, la superficie exterior del citado segundo tubo de transferencia de calor (71) entra en contacto con la superficie exterior (71) del citado primer tubo de transferencia de calor (70), y teniendo cada una de las proyecciones una altura (H1) de 0,8 a 2,0 mm y se forman en una posición fuera de una región de contacto entre la citada superficie exterior (71) y el citado segundo tubo de transferencia de calor (72).

Description

CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a la tecnología de calentadores para agua caliente, y más en particular, se refiere a un tubo de transferencia de calor de agua caliente en el que el número de Reynolds, Re, de un fluido que 5 circula por el interior del tubo es inferior a 7.000.
TÉCNICA ANTERIOR
Los intercambiadores de calor que se utilizan en aparatos de aire acondicionado, calentadores de agua ca-liente, y otros similares, están provistos de un tubo de transferencia de calor, en el que circula un fluido tal como el agua, que intercambia calor debido a la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior del tubo. Además, 10 para mejorar el rendimiento de la transferencia de calor del tubo de transferencia de calor, se conoce el uso de un tubo ranurado, en el que se forman ranuras en la superficie interior del tubo. Además, también se ha propuesto una tecnología que mejora el rendimiento de la transferencia de calor, proporcionando proyecciones en la superficie interior del tubo de transferencia de calor.
Proporcionar proyecciones en el interior del tubo de transferencia de calor de esta manera incrementa la 15 superficie de transferencia de calor del tubo de transferencia de calor y agita el fluido, con lo cual se incrementa el coeficiente de transferencia de calor de la superficie de transferencia de calor y mejora el rendimiento de la transfe-rencia de calor. Sin embargo, si las proyecciones se disponen en el interior del tubo de transferencia de calor, enton-ces las proyecciones incrementan el coeficiente de fricción del tubo y elevan la pérdida de presión del flujo en el interior del tubo. Por lo tanto, se ha propuesto una tecnología (JP- A -06 - 70556), que proporciona proyecciones de 20 0,45 a 0,6 mm de altura en el interior del tubo de transferencia de calor, suprimiendo así la pérdida de presión, al mismo tiempo que promueve la transferencia de calor con el refrigerante.
Un intercambiador de calor de agua que tiene las características definidas en el preámbulo de la reivindica-ción 1 es conocido por medio del documento JP - A - 61 - 289293. Además, el documento JP – A - 2005 - 009833 describe un intercambiador de calor de tipo de doble tubo en el que el tubo exterior tiene una pluralidad de ranuras 25 en espiral formadas continuamente en la pared interior, en el que la relación entre la profundidad de la ranura y el diámetro interior mínimo del tubo exterior es de 0,015 o más. El documento JP-A-2003 - 056995 desvela un inter-cambiador de calor que tiene un miembro elíptico anular dispuesto en el tubo de transferencia de calor para inducir un flujo de separación / secundario. El documento JP-A-09 - 243284 desvela un tubo de intercambio de calor con proyecciones superficiales interiores. 30
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
Sin embargo, si la velocidad del flujo del fluido en el interior del tubo de transferencia de calor es extrema-damente baja, y el flujo del fluido en el interior del tubo se encuentra en la zona de transición en la que el flujo realiza la transición desde la zona de flujo laminar a la zona de flujo turbulento, entonces la mejora en el rendimiento de la transferencia de calor es pequeña, incluso si se proporcionan proyecciones cuya altura sea de 0,45 - 0,6 mm, como 35 se desvela en el Documento de Patente 1.
Considérese un ejemplo en el que, para utilizar eficientemente la energía eléctrica nocturna barata, el agua en un calentador de agua caliente de tipo de bomba de calor, como se muestra en la figura 1, se calienta en un úni-co paso desde aproximadamente 10°C a aproximadamente 90ºC durante un largo período de tiempo. En este caso, el caudal del agua que circula en el interior del tubo de transferencia de calor se establece en un valor extremada-40 mente pequeño (por ejemplo, 0,8 l / min) con el fin de hacer que el producto sea compacto y asegurar una alta efi-ciencia. De esta manera, en un tubo de transferencia de calor en el que el caudal de agua en el interior del tubo es pequeño, se emplea un procedimiento que mejora el rendimiento de la transferencia de calor al reducir el diámetro interior del tubo de transferencia de calor, lo que hace aumentar la velocidad del flujo en el interior del tubo. Sin em-bargo, incluso en este caso, el caudal de agua en el interior del tubo es pequeño, y de esta manera el flujo de agua 45 en el interior del tubo se encuentra en la zona de transición (Re = 1500 - 3000), en la que el flujo realiza la transición desde la zona de flujo laminar a la zona de flujo turbulento en la proximidad de la entrada, y se encuentra aproxima-damente en la etapa inicial de flujo turbulento (Re = 7.000), incluso en la proximidad de la salida. Además, no se puede esperar un intercambio de calor eficiente debido a que la conductividad térmica es pequeña también en la sección de temperatura baja en la proximidad de la entrada de agua. 50
Es un objeto de la presente invención superar los problemas de la técnica anterior que se han mencionado más arriba, y proporcionar un intercambiador de calor de agua con una estructura simple, un rendimiento mejorado de la transferencia de calor en la zona de número de Reynolds bajo, y una pequeña pérdida de presión en el interior del tubo de transferencia de agua caliente. Este objeto se alcanza por medio del intercambiador de calor de agua de la reivindicación 1 ó 2. Se cita una realización en la reivindicación dependiente.
Si la altura de las proyecciones que se proporcionan en el interior del tubo es baja, como en la técnica con-vencional, entonces el efecto de mejorar el rendimiento de la transferencia de calor no se obtiene en la sección con número de Reynolds bajo que existe en la zona de flujo laminar o en la transición desde zona de flujo laminar a la zona de flujo turbulento. 5
Como consecuencia, se proporciona una pluralidad de proyecciones que sobresalen hacia el interior del tu-bo y que tienen una altura de 0,8 a 2,0 mm en la superficie interior de la porción situada en la sección con número de Reynolds bajo que se presenta en la zona de flujo laminar y en la transición desde la zona de flujo laminar a la zona de flujo turbulento, es decir, en la sección en la que el número de Reynolds, Re, es menor de 7.000. Como resultado, las proyecciones dispuestas en el interior del tubo mejoran el coeficiente de transferencia de calor, y tie-10 nen poco impacto en la pérdida de presión en el interior del tubo, mejorando así el rendimiento del tubo de transfe-rencia de calor de agua caliente completo.
Si se proporcionan las proyecciones en el interior del tubo, entonces el coeficiente de fricción del tubo se convierte en una función del número de Reynolds Re y de la rugosidad relativa. Aquí, la relación entre la altura de las proyecciones dispuestas en el interior del tubo y el diámetro del tubo interior (es decir, la rugosidad relativa) se 15 utiliza para representar el impacto de las proyecciones en el interior del tubo en el coeficiente de fricción del tubo. El ajuste de la rugosidad relativa de la superficie de la pared interior del tubo en la sección con número de Reynolds bajo, que se produce en la transición desde la zona de flujo laminar a la zona de flujo turbulento, hasta un rango prescrito, mejora el efecto de la transferencia de calor, y permite minimizar el impacto de la pérdida de presión.
Además, una pluralidad de proyecciones, teniendo cada una de ellas una altura H1 de 0,1 - 0,25 veces el 20 diámetro interno D, se proporciona en la superficie interior de la porción situada en la sección con número de Rey-nolds bajo que se produce en la zona de flujo laminar y en la transición desde la zona de flujo laminar a la zona de flujo turbulento, es decir, en la sección en la que el número de Reynolds, Re, es menor de 7.000. Como resultado, las proyecciones provistas en el interior del tubo mejoran el coeficiente de transferencia de calor y reducen el impac-to de la pérdida de presión en el interior del tubo, mejorando así el rendimiento del tubo de transferencia de calor de 25 agua caliente completo.
En la presente invención, las proyecciones se forman en la superficie interior por formación de entalladuras en la superficie exterior, y las entalladuras se forman como consecuencia, en la superficie exterior que corresponde a la región en la que las proyecciones se forman en la superficie interior. Las proyecciones no se forman en la por-ción de contacto con el segundo tubo de transferencia de calor. En otras palabras, si se forman entalladuras en la 30 superficie exterior, entonces el contacto entre el tubo de transferencia de calor y el segundo tubo de transferencia de calor empeora, lo cual reduce el efecto de transferencia de calor desde el segundo tubo de transferencia de calor. Por lo tanto, al no proporcionar proyecciones en la sección de contacto con el segundo tubo de transferencia de calor, es posible prevenir una reducción en el efecto de transferir calor desde el segundo tubo de transferencia de calor. 35
Preferiblemente, la pluralidad de proyecciones se proporciona en la superficie interior de una porción situa-da en la proximidad de una entrada en la cual circula el agua, que es el fluido que circula en el interior.
El flujo del agua en la proximidad de la entrada del tubo de transferencia de calor que se utiliza en el inter-cambiador de calor de agua caliente corresponde a la zona de flujo laminar y / o a una zona de transición en la que el flujo realiza la transición desde de la zona de flujo laminar a la zona de flujo turbulento. Sin embargo, la temperatu-40 ra del agua en la proximidad de la entrada del tubo de transferencia de calor es baja, y el coeficiente de transferen-cia de calor también es bajo. Como consecuencia, en la presente invención, la pluralidad de las proyecciones se proporciona en la superficie interior de la porción situada al menos en la proximidad de la entrada de agua, lo que mejora el coeficiente de transferencia de calor debido a las proyecciones dispuestas en el interior del tubo. Además de mejorar el coeficiente de transferencia de calor debido a las proyecciones, el impacto de las proyecciones en la 45 pérdida de presión en el interior del tubo es pequeño, lo que mejora el rendimiento del tubo de transferencia de calor de agua caliente completo.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La figura 1 es un diagrama esquemático de un calentador de agua caliente del tipo de bomba de calor.
La figura 2 es un diagrama esquemático de un intercambiador de calor de agua. 50
La figura 3 es una vista en planta de un tubo de transferencia de calor.
La figura 4 es un gráfico que muestra el número de Reynolds del flujo en el interior del tubo de transferencia de calor.
La figura 5 (a) es una vista en perspectiva en sección transversal del tubo de transferencia de calor, (b) es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la flecha A - A en (a); y (c) es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la flecha B – B en (b).
La figura 6 es un gráfico de los resultados del experimento 1 5
La figura 7 es un gráfico de los resultados del experimento 2.
La figura 8 es un gráfico de los resultados del experimento 3.
La figura 9 es una vista en perspectiva en sección transversal del tubo de transferencia de calor de acuerdo con el experimento 4.
La figura 10 es un gráfico de los resultados del experimento 4. 10
La figura 11 es una vista en planta del tubo de transferencia de calor de acuerdo con un primer ejemplo.
La figura 12 (a) es una vista en planta del tubo de transferencia de calor de acuerdo con un segundo ejem-plo; (b) es una vista en perspectiva del tubo de transferencia de calor de acuerdo con el segundo ejemplo; y (c) es una vista en perspectiva de otro tubo de transferencia de calor del segundo ejemplo.
La figura 13 es una vista en planta del tubo de transferencia de calor de acuerdo con el tercer ejemplo. 15
La figura 14 es una vista en planta del tubo de transferencia de calor de acuerdo con el cuarto ejemplo.
La figura 15 es una vista en planta del tubo de transferencia de calor de acuerdo con el quinto ejemplo.
La figura 16 es una vista en planta del tubo de transferencia de calor de acuerdo con el sexto ejemplo.
La figura 17 es una vista en planta del tubo de transferencia de calor de acuerdo al séptimo ejemplo.
La figura 18 es una vista en planta del tubo de transferencia de calor de acuerdo con el octavo ejemplo. 20
La figura 19 (a) es una vista en planta del tubo de transferencia de calor de acuerdo con el noveno ejemplo; y (b) es una vista en perspectiva del tubo de transferencia de calor de acuerdo con el noveno ejemplo.
La figura 20 es una vista en planta del tubo de transferencia de calor de acuerdo con una realización de la presente invención.
La figura 21 (a) es una vista en planta del tubo de transferencia de calor de acuerdo con el décimo ejemplo, 25 y (b) es una visión representativa tomada a lo largo de la flecha D - D en (a).
SÍMBOLOS
1 Unidad de suministro de agua caliente
100 Calentador de agua caliente del tipo de bomba de calor
2 Unidad de bomba de calor 30
30 Intercambiador de calor de agua
31 Tubo de transferencia de calor
311 Entrada de agua
312 Salida del agua
313, 513, 613 Proyecciones 35
42 Ranuras
515 Proyecciones pequeñas
32 Tubo de refrigerante
REALIZACIONES PREFERIDAS
El tubo de transferencia de calor de agua caliente, de acuerdo con la presente invención se explicará a con-tinuación en base a los dibujos adjuntos.
La figura 1 es un diagrama esquemático de un calentador de agua caliente del tipo de bomba de calor que 5 utiliza el tubo de transferencia de calor de agua caliente de la presente invención. Aquí, el calentador de agua calien-te del tipo de bomba de calor consta de una unidad de suministro de agua caliente 1, y de una unidad de bomba de calor 2. Los siguientes elementos están acoplados sucesivamente en la unidad de suministro de agua caliente 1: un tubo de agua de servicio 11, un tanque de almacenamiento de agua caliente 12, una bomba de circulación de agua 13, un tubo de suministro de agua 3, un tubo de transferencia de calor 31 que constituye un intercambiador de calor 10 de agua 30, un tubo de agua caliente 16, una válvula de mezcla 17, y un tubo de suministro de agua caliente 18. Además, el agua de servicio se suministra desde el tubo de suministro de agua 11 al tanque de almacenamiento de agua caliente 12. El agua a baja temperatura es suministrada por la bomba de circulación de agua 13 desde la parte inferior del tanque de almacenamiento de agua caliente 12 al tubo de transferencia de calor 31 del intercambiador de calor de agua 30, y se calienta. El agua caliente calentada circula desde la parte superior del tanque de almacena-15 miento de agua caliente 12. El agua caliente a alta temperatura que sale de la parte superior del tanque de almace-namiento de agua caliente 12 por medio del tubo de agua caliente 16 se mezcla con el agua fría de un tubo de agua mezclada 19 por medio de la válvula de mezcla 17. Esta válvula de mezcla 17 regula la temperatura del agua calien-te suministrada, que se suministra al usuario por medio del tubo de suministro de agua caliente 18
A continuación, la unidad de bomba de calor 2 está provista de un circuito de circulación de refrigerante, 20 que incluye un compresor 21, el intercambiador de calor de agua 30, una válvula de expansión 23, y un intercambia-dor de calor de aire 24, conectados de forma secuencial por un tubo de refrigerante 32. El refrigerante es comprimi-do a una presión alta por el compresor 21, y a continuación se envía al intercambiador de calor de agua 30. El refri-gerante cuyo calor se ha intercambiado en el intercambiador de calor de agua 30, pasa a través de la válvula de expansión 23, y se suministra al intercambiador de calor de aire 24. El refrigerante absorbe el calor de los espacios 25 circundantes, y a continuación retorna de nuevo al compresor 21.
La figura 2 es un diagrama esquemático del intercambiador de calor de agua 30 en el calentador de agua caliente del tipo de bomba de calor. Como se muestra en la figura 2, el intercambiador de calor de agua 30 com-prende el tubo de transferencia de calor 31 y el tubo de refrigerante 32. El tubo de transferencia de calor 31 está formado en espiral en el mismo plano de manera que es de forma ovalada, y forma un pasaje de agua W. El tubo de 30 refrigerante 32 está enrollado helicoidalmente alrededor de la circunferencia exterior del tubo de transferencia de calor 31, y forma un pasaje de refrigerante R. Además, el lado circunferencial exterior del tubo de transferencia de calor en espiral 31 es una entrada de agua 311, y el lado central del tubo de transferencia de calor en espiral 31 es una salida de agua 312. En el intercambiador de calor de agua 30, el refrigerante en el interior del tubo de refrigeran-te 32 circula en la entrada del refrigerante 322 desde la dirección A22, e irradia calor. Posteriormente, sale por la 35 salida de refrigerante 321 en la dirección A21. El agua de servicio suministrada en la entrada de agua 311 desde la dirección A 11 se calienta por este calor, se convierte en agua caliente, y circula saliendo por la salida de agua 312 en la dirección A 12.
Lo que sigue explica el tubo de transferencia de calor 31. Como se muestra en la figura 3, se proporciona una pluralidad de proyecciones 313 teniendo cada una de ellas una altura H1, simétricas verticalmente con un paso 40 de 20 mm (se hace referencia a P en la figura 3) en la dirección axial del tubo sobre la superficie interior del tubo de transferencia de calor 31. En la figura 3, sólo se muestran las proyecciones 313 provistas hacia arriba cuando se ven desde la dirección de la superficie del papel. En la presente realización, la temperatura del agua en la entrada de agua 311 del tubo de transferencia de calor 31 se establece en aproximadamente 10° C y la temperatura del agua en la salida de agua 312 se establece en aproximadamente 90°C. En la presente memoria descriptiva, el caudal del 45 agua en el tubo de transferencia de calor es de aproximadamente 0,8 l / min. Además, el diámetro exterior del tubo de transferencia de calor es preferiblemente 8 - 14 mm (con un diámetro interior de 6 - 12 mm).
La figura 4 es un gráfico del número de Reynolds, Re, del flujo en el interior del tubo de transferencia de ca-lor 31. Como se muestra en la figura 4, el número de Reynolds, Re, en la entrada de agua 311 del tubo de transfe-rencia de calor 31 es aproximadamente 2.000, y el flujo en el interior del tubo se encuentra en la zona de flujo lami-50 nar. A medida que avanza el flujo de agua, el agua que circula desde la entrada 311 intercambia calor con el tubo de refrigerante 32 que se muestra en la figura 2, elevando por lo tanto la temperatura del agua. La temperatura incre-mentada del agua hace disminuir el coeficiente de viscosidad del agua, lo cual incrementa gradualmente el número de Reynolds, Re. En la figura 4, el número de Reynolds, Re, en la salida de agua 312 es aproximadamente 7.000, y el flujo en el interior del tubo se encuentra en la zona de transición en la que el flujo realiza la transición de flujo la-55 minar a flujo turbulento. Los experimentos que siguen se realizaron para investigar el impacto de la pluralidad de proyecciones 313 provistas en la superficie interior de tubo del tubo de transferencia de calor 31, sobre la mejora en el rendimiento de la transferencia de calor, y en la pérdida de presión.
(1) EXPERIMENTO 1
La figura 5 (a) es una vista en perspectiva en sección transversal del tubo de transferencia de calor 31. En el experimento 1, cada una de las proyecciones, teniendo cada una de ellas una altura H1 de 1,0 mm, se proporcio-5 nan simétricas verticalmente en la superficie interior del tubo que tiene un diámetro interior D de 8,0 mm, de manera que el paso P en la dirección axial del tubo es de 20 mm. La figura 5 (b) es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la flecha A - A en la figura 5 (a), y la figura 5 (c) es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la flecha B - B en la figura 5 (b). Como se puede ver en la figura 5 (a) y en la figura 5 (b), las proyecciones 313 se forman en la superficie interior por formación de entalladuras de la superficie exterior del tubo de transferencia de 10 calor. Además, como se puede ver en la figura 5 (c), cada proyección 313 se forma de manera que tenga una forma elíptica en la vista en sección transversal. Además, las partes de superficie plana 31a no provistas de proyecciones existen en la superficie interior del tubo de transferencia de calor 31. La figura 6 (a) es un gráfico, para cada número de Reynolds, Re, en la sección con número de Reynolds bajo que se produce porque el flujo en el interior del tubo se encuentra en la zona de flujo laminar, así como se encuentra realizando la transición desde la zona de flujo lami-15 nar a la zona de flujo turbulento, el rendimiento de la transferencia de calor para el caso en el cual se utiliza un tubo liso que no está provisto de proyecciones, y para el caso en el que las proyecciones 313, teniendo cada una de ellas una altura H1 de 1,0 mm se proporcionan simétricas verticalmente para que el paso P en la dirección axial del tubo sea de 20 mm. Además, el eje horizontal representa el valor del número de Reynolds, Re. El eje vertical representa la relación (Nu / Nuo), que es la relación entre el número de Nusselt, Nu, del tubo de transferencia de calor 31, pro-20 visto de las proyecciones 313 y el número de Nusselt, Nuo, del tubo de transferencia de calor liso, no provisto de las proyecciones. Además, el número de Nusselt es el coeficiente de transferencia de calor convertido a un número adimensional, que sirve como índice de la facilidad con la que el calor se transfiere desde la pared sólida al fluido; cuanto mayor sea ese número, más fácil será que el calor se conduzca desde la pared sólida al fluido. En conse-cuencia, cuanto mayor sea el valor de Nu / Nuo, mayor será la mejora en el rendimiento de la transferencia de calor 25 en el tubo de transferencia de calor debido a las proyecciones. Como se puede ver en la figura 6 (a), si el número de Reynolds, Re, es menor de 4.000, entonces la mejora en el rendimiento de la transferencia de calor debido a las proyecciones 313, cada una con una altura H1 de 1,0 mm, es clara. Sin embargo, si el número de Reynolds, Re, es mayor o igual a 4.000, entonces la mejora en el rendimiento de la transferencia de calor debido a las proyecciones 313 provistas en el interior del tubo es modesta. 30
La figura 6 (b) representa, para cada número de Reynolds, Re, en la sección con número de Reynolds bajo producido porque el flujo en el interior del tubo se encuentra en la zona de flujo laminar, así como se encuentra reali-zando la transición desde la zona de flujo laminar a la zona de flujo turbulento, la tendencia de la pérdida de presión en el interior del tubo en el caso de utilizar un tubo liso, no provisto de proyecciones, y el caso de utilizar un tubo de transferencia de calor 31, provisto simétrico verticalmente de proyecciones 313, teniendo cada una de ellas una 35 altura H1 de 1,0 mm, con el fin de que el paso P en la dirección axial del tubo sea de 20 mm. Además, el eje hori-zontal representa el valor del número de Reynolds, Re. El eje vertical representa la relación (f / fo), que es la relación entre el coeficiente de fricción de Fanning, f, del tubo de transferencia de calor 31, provisto de las proyecciones 313 con respecto al coeficiente de fricción de Fanning, fo, del tubo liso no provisto de proyecciones. Aquí, el coeficiente de fricción de Fanning es un número adimensional que indica la pérdida de presión del flujo en el interior del tubo. 40 Cuanto mayor sea ese número, mayor será la pérdida de presión del flujo en el interior del tubo. Como consecuencia, cuanto mayor sea el valor f / fo, mayor será la pérdida de presión del agua en el interior del tubo. Como se puede ver en la figura 6 (b), si el número de Reynolds, Re, es de aproximadamente 2.000, es decir, si el flujo en el interior del tubo se encuentra en la zona de flujo laminar, entonces la pérdida de presión en el interior del tubo de transferencia de calor 31, provisto de proyecciones 313 es equivalente a la que existe en el interior del tubo liso no provisto de 45 proyecciones. Sin embargo, como el número de Reynolds, Re, se incrementa y el flujo en el interior de la transición del tubo desde la zona de flujo laminar a la zona de flujo turbulento, la pérdida de presión en el interior del tubo 313 debida a las proyecciones provistas en la superficie del tubo interior también aumentará; aún más, si el número de Reynolds, Re, es mayor o igual a 4.000, entonces la pérdida de presión en el interior del tubo se mantendrá subs-tancialmente constante. 50
(2) EXPERIMENTO 2
Para investigar el impacto de la altura H1 de las proyecciones 313 en el rendimiento de la transferencia de calor y en la pérdida de presión del flujo en el tubo, el experimento 2 se realizó variando la altura H1 de las proyec-ciones 313 provistas en la superficie interior del tubo. La figura 7 (a) representa el rendimiento de la transferencia de calor para el caso en el que las proyecciones que tienen diferentes alturas H1 están provistas simétricas vertical-55 mente en un tubo de transferencia de calor que tenga un diámetro interior D de 8,0 mm, de manera que el paso P en la dirección axial del tubo sea de 20 mm. Además, el eje horizontal representa el valor de la altura H1 de las proyec-ciones 313. El eje vertical representa la relación (Nu / Nuo), que es la relación entre el número de Nusselt, Nu, del tubo de transferencia de calor 31, provisto de las proyecciones 313 con el número de Nusselt, Nuo, del tubo de transferencia de calor liso, no provisto de proyecciones. La línea continua representa los resultados experimentales cuando el número de Reynolds, Re, era de 4.000, y la línea de puntos representa los resultados experimentales cuando el número de Reynolds, Re, era de 2.000. Además, como se puede ver en la figura 7 (a), cuanto mayor sea la altura H1 de las proyecciones 313, mayor será la mejora en el rendimiento de la transferencia de calor, tanto para 5 el caso en el cual el número de Reynolds, Re, era de 4.000 como cuando era de 2.000. Además, como se puede ver en la línea de puntos en la figura 7 (a), las proyecciones 313 prácticamente no proporcionaron ninguna mejora en el rendimiento de la transferencia de calor cuando la altura H1 de las proyecciones 313 era inferior a 0,5 mm y el número de Reynolds, Re, era de 2.000 . Una mejora en el rendimiento de la transferencia de calor aparece por pri-mera vez cuando la altura H1 de las proyecciones 313 es superior a 0,8 mm. 10
La figura 7 (b) representa el rendimiento del tubo de transferencia de calor completo para el caso en el cual las proyecciones que tenían diferentes alturas H1 se proporcionaron simétricas verticalmente en un paso de 20 mm (en la dirección axial del tubo) en un tubo de transferencia de calor, cuyo diámetro interior D era de 8,0 mm. En otras palabras, representa el rendimiento de forma exhaustiva teniendo en cuenta la mejora en el rendimiento de la trans-ferencia de calor y la supresión de la pérdida de presión. Además, el eje horizontal representa el valor de la altura de 15 las proyecciones. El eje vertical representa el valor de la relación (Nu / Nuo), que es la relación entre el número de Nusselt, Nu, del tubo de transferencia de calor provisto de proyecciones con el número de Nusselt, Nuo, del tubo de transferencia de calor liso, no provisto de proyecciones, dividido por la relación (f / fo), que es la relación entre el coeficiente de fricción de Fanning, f, del tubo de transferencia de calor provisto de proyecciones con el coeficiente de fricción de Fanning, fo, del tubo de transferencia de calor liso, no provisto de proyecciones. Como se ha mencionado 20 con anterioridad, cuanto más grande sea el valor Nu / Nuo, mayor será la mejora en el rendimiento de la transferen-cia de calor, y cuanto mayor sea el valor f / fo, mayor será la pérdida de presión del agua en el interior del tubo. Co-mo consecuencia, cuanto mayor sea el valor de Nu / Nuo dividido por f / fo, mayor será la mejora en el rendimiento de la transferencia de calor, menor será el impacto que las proyecciones tienen en la pérdida de presión en el inter-ior del tubo, y mayor será la mejora en el rendimiento del tubo de transferencia de calor completo. 25
En la figura 7 (b), la línea continua representa los resultados experimentales para el caso en el que el número de Reynolds, Re, sea de 4.000, y la línea de puntos representa los resultados experimentales en el caso de que el número de Reynolds, Re, sea de 2, 000. Como se puede ver en la figura 7 (b), para ambos estados, cuando el número de Reynolds, Re, sea de 2.000 y 4.000, el valor de Nu / Nuo dividido por f / fo será mayor cuanto la altura de las proyecciones provistas en el interior del tubo de transferencia de calor sea de 0,8 mm, y disminuirá notable-30 mente cuando la altura de las proyecciones supere 2,0 mm. En otras palabras, en la sección con número de Rey-nolds bajo, el rendimiento del tubo de transferencia de calor completo mejora cuando la altura de las proyecciones se encuentre en el rango de 0,8 - 2,0 mm. En particular, es preferible que la altura de las proyecciones se encuentre en el rango de 0,9 a 1,2 mm.
(3) EXPERIMENTO 3 35
En el experimento 3, en lugar de asignar la altura H1 de las proyecciones 313, como se hace, como un índice, la rugosidad relativa (H1 / D) sirve como índice. Para investigar el impacto de esta rugosidad relativa (H1 / D) en el rendimiento de la transferencia de calor y de la pérdida de presión del flujo en el tubo, este experimento se llevó a cabo mediante la variación de la rugosidad relativa (H1 / D). La figura 8 (a) representa el rendimiento de la transferencia de calor mediante la variación de la rugosidad relativa (H1 / D) en los estados en los que el número de 40 Reynolds, Re, era de 2.000 y 4.000, y para el caso en el que se empleó un tubo liso no provisto de proyecciones. Aquí, el eje horizontal representa el valor de la rugosidad relativa (H1 / D). El eje vertical representa la relación (Nu / Nuo), que es la relación entre el número de Nusselt, Nu, del tubo de transferencia de calor 31, provisto de las pro-yecciones 313 y el número de Nusselt, Nuo, del tubo de transferencia de calor liso, no provisto de proyecciones. Como se puede ver en la figura 8 (a), cuanto mayor sea el valor de la rugosidad relativa (H1 / D) de las proyecciones, 45 mayor será la mejora en el rendimiento de la transferencia de calor. Además, como se puede ver en la línea de pun-tos en la figura 8 (a), las proyecciones no proporcionan virtualmente ninguna mejora en el rendimiento de la transfe-rencia de calor en el estado en el que el número de Reynolds es de 2.000 y el valor de la rugosidad relativa (H1 / D) es inferior a 0,1.
La figura 8 (b) representa el rendimiento del tubo de transferencia de calor completo variando la rugosidad 50 relativa (H1 / D) de las proyecciones para el caso en el que se empleó un tubo liso, no provisto de proyecciones. Aquí, el eje horizontal representa el valor de la rugosidad relativa (H1 / D). El eje vertical representa el valor de la relación (Nu / Nuo), que es la relación entre el número de Nusselt, Nu, del tubo de transferencia de calor provisto de proyecciones y el número de Nusselt, Nuo, del tubo de transferencia de calor liso, no provisto de proyecciones, divi-dido por la relación (f / fo), que es la relación entre el coeficiente de fricción de Fanning f, del tubo de transferencia 55 de calor provisto de proyecciones y el coeficiente de fricción de Fanning, fo, del tubo de transferencia de calor liso, no provisto de proyecciones. Como se ha explicado con anterioridad, cuanto más grande sea el valor del Nu / Nuo, mayor será la mejora en el rendimiento de la transferencia de calor, y cuanto mayor sea el valor f / fo, mayor será la pérdida de presión de agua en el interior del tubo. Como consecuencia, cuanto mayor sea el valor de Nu / Nuo divi-dido por f / fo, mayor será la mejora en el coeficiente de transferencia de calor, menor será el impacto de las proyec-ciones sobre la pérdida de presión en el interior del tubo, y mayor será la mejora del rendimiento del tubo de transfe-rencia de calor completo. Como se puede ver en la figura 8 (b), en ambos estados en los que el número de Reynolds, Re, era de 2.000 y 4.000, el valor de Nu / Nuo dividido por f / fo es mayor cuando la rugosidad relativa (H1 / D) de las 5 proyecciones provistas en el interior del tubo de transferencia de calor es de 0,1, y ese valor disminuyó marcada-mente cuando la rugosidad relativa (H1 / D) de las proyecciones superaba 0,25. En otras palabras, en la sección con número de Reynolds bajo, Re, el rendimiento del tubo de transferencia de calor completo mejoró cuando la rugosi-dad relativa (H1 / D) de las proyecciones se encontraba en el rango de 0,1 - 0,25. Es preferible particularmente que la rugosidad relativa (H1 / D) de las proyecciones se encuentre en el rango de 0,11 a 0,15. 10
(4) EXPERIMENTO 4
El experimento 4 compara un tubo de transferencia de calor 41que se muestra en la figura 9 con el tubo de transferencia de calor 31 que se muestra en la figura 5. Aquí, se proporcionaron ranuras 42 que tienen una profundi-dad de 0,2 mm en la superficie interior del tubo de transferencia de calor 41 que se muestra en la figura 9, cuyo diámetro interior D era de 8,0 mm. Además, las ranuras 42 están representadas por líneas. Sin embargo, en el tubo 15 de transferencia de calor 31 que se muestra en la figura 5, se proporciona una pluralidad de proyecciones 313 te-niendo cada una de ellas una altura H1 de manera simétrica verticalmente de forma que su paso era de 20 mm. La figura 10 (a) representa el rendimiento de la transferencia de calor, para cada número de Reynolds, Re, en la sec-ción con número de Reynolds bajo que se produce por la circulación en el interior del tubo en la zona de flujo laminar, así como realizando la transición desde la zona de flujo laminar a la zona de flujo turbulento, en el caso de que se 20 emplee el tubo de transferencia de calor 41, y en el caso de que se emplee el tubo de transferencia de calor 31. Aquí, el eje horizontal representa el valor del número de Reynolds, Re. El eje vertical representa la relación (Nu / Nuo), que es la relación entre el número de Nusselt, Nu, del tubo de transferencia de calor 31 y del tubo de transferencia de calor 41 con el número de Nusselt, Nuo, del tubo de transferencia de calor liso, no provisto de proyecciones. Además, la línea continua son los datos experimentales cuando fue que se utiliza el tubo de transferencia de calor 25 31, y la línea de puntos son los datos experimentales cuando fue que se utiliza el tubo de transferencia de calor 41. Como se puede ver en la figura 10 (a), cuando el número de Reynolds, Re, es menor de 7.000, la mejora en el ren-dimiento de la transferencia de calor debido al tubo de transferencia de calor 31 provisto de proyecciones 313 es más marcada que la mejora en el rendimiento de la transferencia de calor debido al tubo de transferencia de calor 41 provisto de ranuras 42. Sin embargo, cuando el número de Reynolds, Re, es 7.000 o más, la mejora en el rendimien-30 to de la transferencia de calor debido al tubo de transferencia de calor 41 provisto de ranuras 42 es más marcada que la mejora en el rendimiento de la transferencia de calor debido al tubo de transferencia de calor 31, provisto de proyecciones 313.
La figura 10 (b) representa la pérdida de presión en el interior del tubo, para cada número de Reynolds, Re, en la sección con número de Reynolds bajo que se produce porque la circulación en el interior del tubo se encuentra 35 en la zona de flujo laminar, así como se encuentra realizando la transición desde la zona de flujo laminar a la zona de flujo turbulento, en el caso de emplear un tubo de transferencia de calor 41, y el caso de emplear un tubo de transferencia de calor 31. Aquí, el eje horizontal representa el valor del número de Reynolds, Re. El eje vertical re-presenta la relación (f / fo), que es la relación entre el coeficiente de fricción de Fanning, f, del tubo de transferencia de calor 31 y del tubo de transferencia de calor 41 y el coeficiente de fricción de Fanning, fo, del tubo de transferen-40 cia de calor liso, no provisto de proyecciones. Aquí, la línea continua son los datos experimentales cuando fue que se utiliza el tubo de transferencia de calor 31, y la línea de puntos son los datos experimentales cuando fue que se utiliza el tubo de transferencia de calor 41. Como se puede ver en la figura 10 (b), cuando el número de Reynolds, Re, es de aproximadamente 2.000 en el tubo de transferencia de calor 31, es decir, cuando el flujo en el interior del tubo se encuentra en la zona de flujo laminar, la pérdida de presión está a la par con la pérdida de presión en el 45 interior del tubo liso. Sin embargo, cuando el número de Reynolds, Re, se incrementa y el flujo en el interior del tubo realiza la transición desde la zona de flujo laminar a la zona de flujo turbulento, la pérdida de presión en el interior del tubo debido a las proyecciones 313 provistas en la superficie interior del tubo se incrementa. Sin embargo, cuan-do el flujo en el interior del tubo de transferencia de calor 41 se encuentra en la zona de flujo laminar y / o en todas las secciones de la zona de transición, desde la zona de flujo laminar a la zona de flujo turbulento, la pérdida de 50 presión en el interior del tubo es mayor que la pérdida de presión en el interior del tubo liso. Además, cuando el flujo en el interior del tubo se encuentra en la zona de flujo laminar y / o en todos las secciones de la zona de transición, desde la zona de flujo laminar a la zona de flujo turbulento, la pérdida de presión en el interior del tubo de transfe-rencia de calor 41 es mayor que la pérdida de presión en el tubo de transferencia de calor 31. Como se puede ver en los datos experimentales anteriores, el rendimiento del tubo de transferencia de calor completo 31 es mayor que el 55 del tubo de transferencia de calor 41.
Las realizaciones que siguen explican con más detalle las estructuras que difieren del tubo de transferencia de calor de agua caliente de acuerdo con la presente invención. (En las siguientes realizaciones, los valores tales como el diámetro interno D, las alturas H1, H2 y el paso de las proyecciones, y las profundidades de las ranuras, son sólo con propósitos ilustrativos, y también es posible utilizar en estas realizaciones los valores que se utilizas en los experimentos que se han mencionado más arriba, así como los rangos numéricos de los distintos parámetros descri-tos en las reivindicaciones.)
< EJEMPLO PRIMERO > 5
El ejemplo primero utiliza el tubo de transferencia de calor 31 en el que las proyecciones, que tienen cada una de ellas una altura H1 de 1,0 mm, se proporcionan simétricas verticalmente en la superficie interior del tubo cuyo diámetro interior D es de 8,0 mm para que el paso P en el tubo de dirección axial sea de 20 mm. En un tubo de transferencia de calor 51 de la primera realización, como se muestra en la figura 11, pequeñas proyecciones 515, teniendo cada una de ellas una altura H2 de 0,3 mm, están provistas entre las proyecciones 513, teniendo cada una 10 de ellas una altura H1 de 1,0 mm. En la zona de número de Reynolds bajo, las proyecciones grandes contribuyen a la mejora en el coeficiente de transferencia de calor más que las proyecciones pequeñas; sin embargo, en la zona del número de Reynolds alto, las proyecciones pequeñas contribuyen a la mejora en el coeficiente de transferencia de calor más que las proyecciones grandes. Por lo tanto, proporcionando las proyecciones pequeñas 515, teniendo cada una de ellas una altura H2 de 0,3 mm, entre las proyecciones 513, teniendo cada una de ellas una altura H1 de 15 1,0 mm, se logra un efecto de sinergia puesto que las proyecciones 513 mejoran el rendimiento de la transferencia de calor en la sección donde el número de Reynolds es bajo, y las proyecciones pequeñas 515 mejoran el rendi-miento de la transferencia de calor en la sección donde el número de Reynolds es alto, lo que mejora el rendimiento del intercambiador de calor completo.
20 < EJEMPLO SEGUNDO >
Como se muestra en la figura 12, un tubo de transferencia de calor 61 que se utiliza en el segundo ejemplo está provisto de proyecciones 613 a lo largo de una hélice C1 en la superficie interior del tubo. La figura 12 (a) es una vista en planta del tubo de transferencia de calor 61, y la figura 12 (b) es una vista en perspectiva del tubo de transferencia de calor 61. Además, la altura H1 de las proyecciones 613 es de 1.0 mm, un paso P1 en la dirección 25 circunferencial es de 6,0 mm, y un paso P2 en la dirección axial del tubo es de 6,0 mm.
Un tubo de transferencia de calor 62 que se muestra en la figura 12 (c) está provisto de pequeñas proyec-ciones 625, teniendo cada una de ellas una altura H2 de 0,3 mm, entre las proyecciones 623 teniendo cada una de ellas una altura H1 de 1,0 mm. Por otra parte, un paso P3 en la dirección circunferencial es de 2,0 mm, y un paso P4 en la dirección axial del tubo es de 2,0 mm. 30
< EJEMPLO TERCERO >
Como se muestra en la figura 13, un tubo de transferencia de calor 63 que se utiliza en el ejemplo tercero, comprende una sección 63a provista de proyecciones 633, y sección 63b no provista de proyecciones. Además, la sección 63b no provista de proyecciones está situada en la proximidad de una salida de agua 632. La temperatura 35 del agua, que es un fluido, es alta en la proximidad de la salida 632 del tubo de transferencia de calor 63, y existe, por lo tanto, el riesgo de formación de incrustaciones en la pared del tubo. Si partes de proyección están provistas en esta sección, entonces puede promover la formación de incrustaciones. Por lo tanto, la formación de incrustacio-nes es suprimida al no proporcionarse proyecciones en la sección 63b situada en la proximidad de la salida de agua 632, en la que la temperatura del agua es alta. 40
< EJEMPLO CUARTO >
Como se muestra en la figura 14, un tubo de transferencia de calor 64 que se utiliza en el ejemplo cuarto es un tubo ranurada provisto de ranuras 644, teniendo cada una de ellas una profundidad de 0,2 mm, y en el que las proyecciones 643, teniendo cada una de ellas una altura H1 de 1,0 mm, se proporcionan simétricas verticalmente de 45 modo que su paso P en la dirección axial del tubo es de 20 mm. Además, las ranuras 644 están representadas por líneas. En la presente memoria descriptiva, proporcionar las proyecciones 643 en el tubo provisto de ranuras 644 logra un efecto sinérgico del tubo de transferencia de calor completo debido a las ranuras 644 y a las proyecciones 643.
50 < EJEMPLO QUINTO >
Como se muestra en la figura 15, un tubo de transferencia de calor 65 que se utiliza en el ejemplo quinto comprende una sección 65a y una sección 65b. Un tubo liso se utiliza en la sección 65b situada en la proximidad de una salida de agua 652; en la otra sección 65a, las proyecciones 653, teniendo cada una de ellas una altura de 1,0 mm, se proporcionan en el tubo ranurado provisto de ranuras 654, teniendo cada una de ellas una profundidad de 0,2 mm. Las ranuras 654 están representadas por líneas. Además de que las ranuras 654 y las proyecciones 653 consiguen un efecto sinérgico para tubo de transferencia de calor completo, la formación de incrustaciones se su-prime en la sección 65b situada en la proximidad de la salida de agua 652, en la que la temperatura del agua es alta. 5
< EJEMPLO SEXTO>
Como se muestra en la figura 16, un tubo de transferencia de calor de 66 que se utiliza en el ejemplo sexto comprende tres secciones: una sección 66a, una sección 66b, y una sección 66c. En la sección 66a hay una entrada de agua 661 en la que el número de Reynolds, Re, en el interior del tubo es de 4.000, se emplea un tubo ranurado 10 provistos de ranuras 664, teniendo cada una de ellas una profundidad de 0,2 mm, en el que se proporcionan proyec-ciones 663, teniendo cada una de ellas una altura de 1,0 mm; en la sección 66c situada en la proximidad de una salida de agua 662, se utiliza un tubo liso sin ranuras ni proyecciones, y en la sección 66b se utiliza tubos ranurados con ranuras 664, teniendo cada una de ellas una profundidad de 0,2 mm entre la sección 66a y la sección 66c. Aquí, las ranuras 664 están representadas por líneas. Además, se logra un efecto sinérgico puesto que las proyecciones 15 663 y las ranuras 664 mejoran el rendimiento de la transferencia de calor en la sección en la que el número de Rey-nolds es bajo, y las ranuras 664 mejoran el rendimiento de la transferencia de calor en la sección en la que el núme-ro de Reynolds es alto, lo que mejora el rendimiento del intercambiador de calor completo. Además, la formación de incrustaciones se suprime en la sección 66c situada en la proximidad de la salida de agua 662, en la que la tempera-tura del agua es alta. 20
< EJEMPLO SÉPTIMO >
Como se muestra en la figura 17, un tubo de transferencia de calor de 67 que se utiliza en el ejemplo séptimo consta de tres secciones: una sección 67a, una sección 67b, y una sección 67c. Un tubo provisto de pro-yecciones 673, teniendo cada una de ellas una altura de 1,0 mm, se utiliza en la sección 67a desde una entrada de agua 671 hasta que el número de Reynolds, Re, en el interior del tubo sea de 4.000, se utiliza un tubo liso en la 25 sección 67c situada en la proximidad de una salida de agua 672, y se utiliza una sección 67b de tubo ranurado con ranuras 674 teniendo cada una de ellas una profundidad de 0,2 mm entre la sección 67a y la sección 67c. Aquí, las ranuras 674 están representadas por líneas. Por otra parte, se logra un efecto sinérgico puesto que las proyecciones 673 mejoran el rendimiento de la transferencia de calor en la sección donde el número de Reynolds es bajo, y las ranuras 674 mejoran el rendimiento de la transferencia de calor en la sección en la que el número de Reynolds es 30 alto, lo que mejora el rendimiento del intercambiador de calor completo. Además, la formación de incrustaciones se suprime en la sección 67c situada en la proximidad de la salida de agua 672, en la que la temperatura del agua es alta.
< EJEMPLO OCTAVO>
En un tubo de transferencia de calor 68 que se utiliza en el ejemplo octavo como se muestra en la figura 18, 35 se proporcionan proyecciones 683 en una parte lineal 684, pero las proyecciones no se proporcionan en las partes dobladas B1 - B7. Proporcionar proyecciones en la superficie interior de las partes dobladas B1 - B7 evita incremen-tar la pérdida de presión en el tubo, y también puede evitar la aparición de grandes deformaciones, roturas, etc., durante el proceso de trabajo de doblado.
< EJEMPLO NOVENO> 40
La figura 19 (a) es una vista en planta de un tubo de transferencia de calor 69 que se utiliza en el ejemplo noveno, y la figura 19 (b) es una vista en perspectiva del tubo de transferencia de calor 69. Aquí, las proyecciones 693 se proporcionan en una parte lineal 694, pero las proyecciones no se proporcionan en una sección 695 que se cruza con una superficie doblada S 1 en una parte doblada C - C.
<REALIZACIÓN> 45
En un tubo de transferencia de calor 70 que se utiliza en la realización décima como se muestra en la figura 20, las proyecciones no se utilizan en una región de contacto entre una superficie exterior 71 y un tubo de refrigeran-te 72 del tubo de transferencia de calor. Si se proporcionasen entalladuras en la superficie exterior del tubo que corresponde a la región en torno a la cual se enrolla el tubo de refrigerante 72, entonces el contacto entre el tubo de refrigerante 72 y el tubo de transferencia de calor de la superficie exterior 71 se degradaría, creando el riesgo de 50 disminuir el efecto de la transferencia de calor del tubo de refrigerante 72. Por lo tanto, proporcionar proyecciones 713 en la región en la que el tubo de refrigerante 72 no se enrolla alrededor puede prevenir una reducción en el efecto de transferencia de calor del tubo de refrigerante 72.
< EJEMPLO DÉCIMO>
La figura 21 (a) es una vista en planta de un tubo de transferencia de calor 80 que se utiliza en el ejemplo décimo y la figura 21 (b) es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la flecha D - D en la figura 21 (a). Como se puede ver en la figura 21 (a), las proyecciones 813, teniendo cada una de ellas una altura H1 de 1,0 mm, se proporcionan simétricas vertical y horizontalmente de manera que el paso P1 en la dirección axial del tubo sea de 5 20 mm, y el paso P2 en la dirección circunferencial sea de aproximadamente 6,0 mm.
<EFECTOS DE LA INVENTION>
De acuerdo con la presente invención, se obtienen los efectos siguientes, como se ha tratado en la explica-ción anterior.
Si una pluralidad de proyecciones, teniendo cada una de ellas una altura H1 de 0,8 - 2,0 mm se proporcio-10 na en al menos una parte de la superficie interior de una porción situada en una sección en la que el número de Reynolds, Re, de un fluido que circula en el interior es menor de 7000, incluso en una sección con número de Rey-nolds bajo que se produce donde el flujo en el interior del tubo se encuentra en la zona de flujo laminar y realiza la transición desde la zona de flujo laminar a la zona de flujo turbulento, el coeficiente de transferencia de calor debido a las proyecciones provistas en el interior del tubo mejora, el impacto de las proyecciones sobre la pérdida de pre-15 sión en el interior del tubo se suprime, y el rendimiento del tubo de transferencia de calor completo mejora. Es parti-cularmente preferible que la altura de las proyecciones se encuentre en el rango de 0,9 a 1,2 mm. Además, es prefe-rible que el diámetro exterior del tubo de transferencia de calor sea de 8 - 14 mm (diámetro interior de 6 a 12 mm).
Si una pluralidad de proyecciones, teniendo cada una de ellas una altura H1 que es de 0,1 a 0,25 veces su diámetro interior D, se proporciona en al menos una parte de la superficie interior de una porción situada en una 20 sección en la que el número de Reynolds, Re, de un fluido que circula en el interior es inferior a 7.000, incluso en la sección con número de Reynolds bajo que se produce cuando el flujo en el interior del tubo se encuentra en la zona de flujo laminar y realiza la transición desde la zona de flujo laminar a la zona de flujo turbulento, el coeficiente de transferencia de calor debido a las proyecciones provistas en el interior del tubo mejora, el impacto de las proyeccio-nes sobre la pérdida de presión en el interior del tubo se suprime, y mejora el rendimiento del tubo de transferencia 25 de calor completo. Es particularmente preferible que la rugosidad relativa (H1 / D) de las proyecciones se encuentra en el i rango de 0,11 a 0,15.
Si se proporciona la pluralidad de las proyecciones en la superficie interior de una porción situada en la proximidad de una entrada en la que circula el agua, que es el fluido que circula en el interior, el coeficiente de trans-ferencia de calor debido a las proyecciones provistas en el interior el tubo mejora, y el impacto de las proyecciones 30 sobre la pérdida de presión en el interior del tubo se suprime, lo que mejora el rendimiento del tubo de transferencia de calor completo. Es particularmente preferible que la altura de las proyecciones se encuentre en el rango de 0,9 a 1,2 mm.
Además, si la velocidad del flujo del fluido en el interior del tubo es inferior a 0,1 m / s, el coeficiente de transferencia de calor del tubo de transferencia de calor es extremadamente bajo. Sin embargo, si la velocidad del 35 flujo del fluido en el interior del tubo es superior a 0,6 m / s, entonces el coeficiente de fricción en el interior del tubo aumenta, y la pérdida de presión en el interior del tubo aumenta. Como consecuencia, el rango de la velocidad del flujo del fluido que circula en el interior se establece en 0,1 - 0,6 m / s. Como resultado, el coeficiente de transferen-cia de calor debido a las proyecciones provistas en el interior del tubo mejora, y el impacto de las proyecciones so-bre la pérdida de presión en el interior del tubo se suprime, lo que mejora el rendimiento del tubo de transferencia de 40 calor de agua caliente completo.
La forma de la sección transversal a una altura arbitraria de cada proyección puede ser una curva lisa tal como un círculo, una elipse o un círculo aproximado.
Debido a que la superficie circunferencial exterior de las proyecciones se forma con una superficie curva li-sa, la generación de vórtices de separación puede ser suprimido en comparación con las proyecciones que son en 45 forma de ángulo agudo, y el impacto de la pérdida de presión del fluido en el interior del tubo se suprime, lo que mejora el rendimiento del tubo de transferencia de calor completo.
Las proyecciones no se pueden proporcionar en una sección situada en la proximidad de una salida de flui-do, por la que sale el fluido.
Si la temperatura del fluido es alta en la parte de salida del fluido del tubo de transferencia de calor y, por 50 ejemplo, el fluido es agua, entonces hay un riesgo de formación de incrustaciones en la superficie interior del tubo. Si las proyecciones se proporcionan en una sección de este tipo, entonces hay casos en los que las proyecciones promoverán la formación de incrustaciones. Como consecuencia, la formación de incrustaciones es suprimida por el uso de un tubo no provisto de proyecciones, por ejemplo, utilizando un tubo liso, en la sección situada en la proximi-dad de la salida de fluido, en la que la temperatura del fluido es alta.
Una ranura que tiene una profundidad menor que la altura H1 de cada proyección se puede formar en la superficie interior.
Entre las proyecciones provistas en la superficie interior del tubo en la zona de número de Reynolds bajo, 5 las proyecciones grandes contribuyen más a la mejora en el coeficiente de transferencia de calor que las proyeccio-nes pequeñas. Como consecuencia, proporcionar en el interior de un tubo proyecciones, teniendo cada una de ellas una altura mayor que la profundidad de las ranuras en un tubo ranurado, mejora el efecto de transferencia de calor. Sin embargo, en la zona de número de Reynolds alto, las ranuras menos profundas que la altura de las proyeccio-nes contribuyen a la mejora en el coeficiente de transferencia de calor. En consecuencia, en la zona de número de 10 Reynolds alto, el rendimiento de la transferencia de calor del tubo de transferencia de calor se mejora aún más me-diante el uso del tubo ranurado, en el que se forman ranuras menos profundas que la altura de las proyecciones en la superficie interior.
La pluralidad de las proyecciones puede ser provista en paralelo a la dirección axial del tubo.
Proporcionar proyecciones en la dirección axial del tubo permite promover que la transferencia de calor se 15 haga de forma continua. Además, debido a que el fluido circula linealmente en la dirección axial del tubo, la pérdida de presión adicional es pequeña, lo que mejora el rendimiento del tubo de transferencia de calor completo.
La pluralidad de las proyecciones puede ser provista helicoidalmente.
Proporcionar helicoidalmente las proyecciones genera un giro en el flujo del fluido en el interior del tubo, e incrementa la longitud del paso del fluido, aumentando de esta manera adicionalmente el rendimiento de la transfe-20 rencia de calor.
La pluralidad de las proyecciones se puede proporcionar para que se emparejen en posiciones opuestas en la dirección radial del tubo de transferencia de calor.
Proporcionar proyecciones de manera que formen parejas en posiciones opuestas en la dirección radial re-duce el área de la sección transversal en la proximidad de las proyecciones, promueve la mezcla de los fluidos, y 25 mejora adicionalmente el rendimiento de la transferencia de calor.
La relación de un paso P y el diámetro interior D del tubo de transferencia de calor de la pluralidad de pro-yecciones puede ser 0,5 - 10.
Establecer la relación del paso P de las proyecciones con el diámetro interior D del tubo de transferencia de calor en 0.5 - 10 mantiene la promoción de la transferencia de calor al mismo tiempo que reduce el incremento de la 30 pérdida de presión, mejorando así el rendimiento del tubo de transferencia de calor completo. Es particularmente preferible establecer la relación del paso P de proyección del tubo de transferencia de calor al diámetro interior D del tubo de transferencia de calor de 0.8 - 4.0.
Proyecciones pequeñas, teniendo cada una de ellas una altura H2 inferior a 0,8 mm, se pueden proporcio-nar entre la pluralidad de las proyecciones. 35
En la zona de número de Reynolds bajo, las proyecciones grandes contribuyen más a la mejora en el coefi-ciente de transferencia de calor que las proyecciones pequeñas, y, en la zona de número de Reynolds alto, las pro-yecciones pequeñas contribuyen más a la mejora en el coeficiente de transferencia de calor que las proyecciones grandes. Como consecuencia, proporcionar proyecciones pequeñas (proyecciones pequeñas) entre las proyeccio-nes grandes consigue un efecto sinérgico puesto que se mejora el rendimiento de la transferencia de calor debido a 40 las proyecciones grandes en la sección donde el número de Reynolds es bajo, y el rendimiento de la transferencia de calor debido a las proyecciones pequeñas se mejora en la sección en la que el número de Reynolds es alto, lo que mejora el rendimiento del intercambiador de calor completo.
Una porción de superficie plana no provista de proyecciones puede existir en la superficie interior del tubo de transferencia de calor. 45
La existencia de una porción de superficie plana no provista de proyecciones maximiza la variación en la forma de la superficie interior del tubo de transferencia de calor, mejorando así el rendimiento de la transferencia de calor.
Las proyecciones se pueden formar por la aplicación de fuerza desde el exterior, se forman en una porción lineal, y no se forman en una porción doblada.
Si las proyecciones se forman en la superficie interior del tubo de transferencia de calor por la aplicación de una fuerza exterior, entonces a menudo ocurre que las proyecciones se forman hacia el interior del tubo en la super-ficie interior correspondiente a la superficie exterior entallada. Además, el tubo de transferencia de calor por lo gene-ral tiene una porción lineal y una porción doblada. Una pérdida de presión adicional existe en la porción doblada 5 sobre y además de la pérdida de presión en la porción lineal. Por lo tanto, si las proyecciones se proporcionan adi-cionalmente en la superficie interior de la porción doblada, existe el riesgo de que la pérdida de presión en la porción doblada siga aumentando. Además, el proceso de trabajo de doblado crea una gran deformación en la región cóncava de la superficie exterior del tubo de transferencia de calor, lo cual crea un riesgo de roturas, etc. Por lo tanto, se proporcionan las proyecciones en la porción lineal, y no se proporcionan las proyecciones en la porción doblada. 10
Las proyecciones se pueden formar por la aplicación de fuerza desde el exterior, y no se forman en una sección que se cruza con la superficie doblada en la porción doblada.
En la porción doblada del tubo de transferencia de calor, la cantidad de deformación es máxima en la por-ción donde se cruza la superficie doblada. Por lo tanto, en la porción doblada del tubo de transferencia de calor, no se proporcionan proyecciones en la sección donde se cruza con la superficie doblada. Por ejemplo, si el tubo de 15 transferencia de calor se dobla en una superficie horizontal, entonces las proyecciones no se proporcionan en la sección donde se cruza con la superficie horizontal en la parte doblada.
Un segundo tubo de transferencia de calor se dispone exterior para que circule un segundo fluido que su-ministra calor al fluido; el segundo tubo de transferencia de calor entra en contacto con una superficie exterior, y las proyecciones se forman en la superficie interior por formación de entalladuras en la superficie exterior, y se forman 20 en una posición fuera de la porción que entra en contacto con el segundo tubo de transferencia de calor.
Aquí, las proyecciones se forman en la superficie interior por formación de entalladuras en la superficie ex-terior, y las entalladuras se forman, en consecuencia, en la superficie exterior que corresponde a la región en la que las proyecciones se forman en la superficie interior. Las proyecciones se forman en la porción de contacto con el segundo tubo de transferencia de calor. En otras palabras, si se forman las entalladuras en la superficie exterior, 25 entonces empeora el contacto entre el tubo de transferencia de calor y el segundo tubo de transferencia de calor, lo que reduce el efecto de transferencia de calor desde el segundo tubo de transferencia de calor. Por lo tanto, al no proporcionar proyecciones en la sección de contacto con el segundo tubo de transferencia de calor, es posible pre-venir una reducción en el efecto de la transferencia de calor desde el segundo tubo de transferencia de calor.

Claims (3)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un intercambiador de calor de agua (30) que comprende:
    un primer tubo de transferencia de calor (70) configurado para el flujo de agua caliente como un primer flui-do y para el intercambio de calor entre su interior y su exterior y que tiene una superficie exterior (71), en el que una pluralidad de proyecciones (713) se dispone en al menos una parte de la superficie interior de una porción situada en una sección en la que el número de Reynolds (Re) del citado primer fluido que va a cir-5 cular en el citado interior es inferior a 7.000, estando formadas las citadas proyecciones en la superficie in-terior por la formación de entalladuras en la citada superficie exterior (71)
    que se caracteriza por
    un segundo tubo de transferencia de calor (72) dispuesto en el exterior del citado primer tubo de transferen-cia de calor (70) y que se configura para que circule un segundo fluido para intercambiar calor con el citado 10 primer fluido, la superficie exterior del citado segundo tubo de transferencia de calor (71) entra en contacto con la superficie exterior (71) del citado primer tubo de transferencia de calor (70), y
    teniendo cada una de las proyecciones una altura (H1) de 0,8 a 2,0 mm y se forman en una posición fuera de una región de contacto entre la citada superficie exterior (71) y el citado segundo tubo de transferencia de calor (72). 15
  2. 2. Un intercambiador de calor de agua (30) que comprende:
    un primer tubo de transferencia de calor (70) configurado para que circule agua caliente como un primer fluido e intercambie calor entre su interior y su exterior, en el que una pluralidad de proyecciones (713) se proporciona en al menos una parte de la superficie interior de una porción situada en una sección en la que el número de Reynolds (Re) del citado primer fluido que va a circular en el citado interior sea inferior a 7.000, 20 estando formadas las citadas proyecciones en la citada superficie interior por formación de entalladuras en la superficie exterior (71);
    que se caracteriza por
    un segundo tubo de transferencia de calor (72) dispuesto exterior al citado primer tubo de transferencia de calor (70) y configurado para que circule un segundo fluido para intercambiar calor con el citado primer flui-25 do; la superficie exterior del citado segundo tubo de transferencia de calor (71) entra en contacto con la su-perficie exterior (71) del citado primer tubo de transferencia de calor (70),
    y
    en el que las proyecciones, teniendo cada una de ellas una altura (H1) de 0,1 - 0,25 veces un diámetro in-terior (D) del primer tubo de transferencia de calor (70), se forman en un lugar fuera de una región de con-30 tacto entre la citada superficie exterior (71) y el citado segundo tubo de transferencia de calor (72).
  3. 3. El intercambiador de calor de agua caliente definido en la reivindicación 1 ó 2, en el que la sección se encuentra en la proximidad de una entrada (311) en la cual va a circular el agua, que es el primer fluido que circula en el citado interior.
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