ES2548708T3 - Intercambiador de calor - Google Patents

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ES2548708T3 ES13164718.2T ES13164718T ES2548708T3 ES 2548708 T3 ES2548708 T3 ES 2548708T3 ES 13164718 T ES13164718 T ES 13164718T ES 2548708 T3 ES2548708 T3 ES 2548708T3
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Junhyeon Hwang
Hongseok Choi
Changhwan Cho
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Abstract

Un intercambiador de calor que comprende: una carcasa (20) que tiene: una cubierta (21) en la cual se forma un espacio (18); una tapa (22) superior acoplada a la parte superior de la cubierta; y una tapa (23) inferior acoplada a la parte inferior de la cubierta; una tubería (30) de entrada de flujo de aire de refrigeración que tiene un extremo (32) de salida a través del cual agua de refrigeración sale al interior del espacio (18); un tubo (70) a través del cual pasa un refrigerante que intercambia calor con el agua de refrigeración; y una tubería (40) de descarga de agua de refrigeración que tiene un extremo (42) de entrada a través del cual el agua de refrigeración descargada desde el espacio (18) entra en la tubería de descarga de agua de refrigeración, donde el tubo (70) tiene una porción (74) de tubería en espiral situada en el espacio (18) y arrollada en espiral, el extremo (42) de entrada está situado de manera que está separado de la tapa (22) superior por debajo de la tapa superior, la altura del extremo (42) de entrada es mayor que la altura del extremo superior de la porción (42) de tubería en espiral, y la altura entre el extremo (32) de salida y la tapa (23) inferior es menor que la altura entre el extremo (42) de entrada y la tapa (23) inferior, donde la porción (74) de tubería en espiral está situada entre la tubería (40) de descarga de agua de refrigeración y la carcasa (20) y tiene un eje vertical central, caracterizado por que para el tubo (70), una pluralidad de tubos (70A, 70B) están dispuestos en la carcasa (20) y la pluralidad de tubos tienen diferentes distancias desde el eje vertical central a la porción (74) de tubería en espiral, donde la porción (74) de tubería en espiral de uno de entre la pluralidad de tubos (70A, 70B) está en contacto con la tubería (40) de descarga de agua de refrigeración.

Description

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DESCRIPCIÓN
Intercambiador de calor
La presente invención se refiere a un intercambiador de calor equipado con un tubo en la carcasa, en particular a un intercambiador de calor que tiene una porción de tubería en espiral formada enrollando en espiral un tubo varias veces según se define en el preámbulo de la reivindicación 1. Los documentos WO 03/087677 o DE10208002051 describen un intercambiador de este tipo.
Los intercambiadores de calor son aparatos que permiten la transferencia de calor entre dos fluidos y se utilizan para varios propósitos tales como refrigerar, calentar, y suministrar agua caliente.
Los intercambiadores de calor pueden funcionar como intercambiadores de calor de recuperación de calor sobrante que recuperan calor sobrante, como refrigeradores que enfrían el fluido en un lado de alta temperatura, como calentadores que calientan el fluido en un lado de baja temperatura, como condensadores que condensan vapor, o como evaporadores que evaporan el fluido en un lado de baja temperatura.
Se pueden utilizar varios tipos de intercambiadores de calor, y existe un intercambiador de calor de tipo tubo con aletas que tiene un tubo a través del cual fluye el primer fluido y aletas formadas sobre el tubo, un acondicionador de aire de tipo carcasa-tubo que tiene una carcasa a través de la cual fluye el primer fluido y un tubo a través del cual fluye el segundo fluido que intercambia calor con el primer fluido, un intercambiador de calor de tipo doble tubo que tiene un tubo interno a través del cual fluye el primer fluido y un tubo externo a través del cual fluye el segundo fluido que intercambia calor con el primer fluido y que cubre el tubo interno, y un intercambiador de calor de tipo de placas en el que el primer fluido y el segundo fluido fluyen con una placa de transferencia de calor dispuesta entre los mismos.
En los intercambiadores de calor, se puede disponer una carcasa de manera que se extienda horizontalmente en un intercambiador de calor de tipo carcasa-tubo, se puede disponer una pluralidad de tubos de manera que se extiendan longitudinalmente en la carcasa, un primer fluido que es agua de refrigeración puede fluir hacia el interior de la carcasa y descargarse fuera de la carcasa, y un segundo fluido que es un refrigerante puede ser refrigerado por el agua de refrigeración mientras pasa a través de un tubo. Una entrada de agua de refrigeración a través de la cual fluye el agua de refrigeración al interior de la carcasa puede sobresalir hacia fuera en un lado de la carcasa y un canal de introducción de agua de refrigeración que guía el agua de refrigeración hacia la entrada de agua de refrigeración puede estar conectado a la entrada de agua de refrigeración. Una salida de agua de refrigeración a través de la cual se descarga el agua de refrigeración hacia fuera de la carcasa puede sobresalir hacia fuera en el otro lado de la carcasa y un canal de descarga de agua de refrigeración que guía el agua de refrigeración descargada por la salida de agua de refrigeración puede estar conectado a la salida de agua de refrigeración.
[Documento de la técnica anterior]
[Documento de patente]
KR 10-2011-0128709 A (2011.11.30)
Los intercambiadores de calor de acuerdo con la técnica relacionada presentan un problema relacionado con la necesidad de un gran espacio de instalación debido a que los intercambiadores de calor se disponen de manera que se extienden en horizontal y con la disposición de una pluralidad de tubos rectos con forma de tubería, de manera que el número de tubos es alto y es necesario un asiento de tubo específico para fijar los tubos, lo que hace que la estructura sea complicada y no sea compacta.
La presente invención trata de resolver el problema anterior de la técnica anterior. El objetivo se consigue mediante las características de las reivindicaciones.
La presente invención proporciona un intercambiador de calor según se define en la reivindicación 1. La altura entre el extremo de entrada y la tapa superior puede ser desde 0,1 hasta 0,2 veces la altura de la cubierta
La altura entre el extremo de entrada y la tapa superior puede ser desde 0,1 hasta 0,15 veces la altura de la cubierta.
La tubería de entrada de flujo de agua de refrigeración, la tubería de descarga de agua de refrigeración, y el tubo pueden extenderse debajo de la tapa inferior a través de la tapa inferior.
Una porción de tubería en espiral está posicionada entre la tubería de descarga de agua de refrigeración y la cubierta y tiene un eje vertical central.
El eje vertical central puede estar situado en una porción donde está situada una porción de la tubería de descarga
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de agua de refrigeración en la cubierta.
Para el tubo, una pluralidad de tubos están dispuestos en la cubierta y la pluralidad de tubos tienen diferentes distancias desde el eje vertical central a la porción de tubería en espiral.
La porción de tubo en espiral de uno de la pluralidad de tubos está en contacto con la tubería de descarga de agua de refrigeración.
La altura del extremo de salida puede ser más pequeño que la altura del extremo inferior de la porción de tubo en espiral.
La cubierta puede extenderse verticalmente.
La presente invención tiene la ventaja de que es posible conseguir un intercambiador de calor compacto a la vez que se minimiza el espacio de instalación y el agua de refrigeración puede intercambiar calor lo máximo posible con la porción de tubo en espiral del tubo.
Además, la presente invención tiene la ventaja de que es posible minimizar la ruptura debido al congelamiento del agua de refrigeración y aumentar la cantidad de transferencia de calor entre el agua y el refrigerante.
Además, la presente invención presenta la ventaja de que es posible limpiar el tubo después de separar la tapa superior y la cubierta, y simplemente limpiar el tubo sin separar la tubería de entrada de flujo de agua de refrigeración, la tubería de descarga de agua de refrigeración, y el tubo.
Los dibujos adjuntos, que se incluyen para proporcionar una mayor comprensión de la invención y que se incorporan y constituyen una parte de esta solicitud, ilustran una(s) realización(es) de la invención y junto con la descripción sirven para explicar el principio de la invención. En los dibujos:
La FIGURA 1 es un diagrama que ilustra la configuración de un acondicionador de aire equipado con un intercambiador de calor de acuerdo con un ejemplo de realización de la presente invención; La FIGURA 2 es una vista lateral que muestra la apariencia externa de un intercambiador de calor de acuerdo con un ejemplo de realización de acuerdo con la presente invención; La FIGURA 3 es una vista que muestra el interior del intercambiador de calor de acuerdo con un ejemplo de realización de la presente invención; La FIGURA 4 es una vista inferior de la carcasa mostrada en la FIGURA 2; La FIGURA 5 es una vista en perspectiva de la base mostrada en la FIGURA 2; La FIGURA 6 es una vista en planta que muestra el interior del intercambiador de calor de acuerdo con un ejemplo de realización de la presente invención; y La FIGURA 7 es un gráfico que muestra la cantidad de calor transferido de acuerdo con la relación de la altura entre la entrada y la tapa superior mostrada en la FIGURA 3 y la altura de una cubierta.
En adelante, se describirán ejemplos de realización de la presente invención con detalle haciendo referencia a las figuras adjuntas.
La FIGURA 1 es un diagrama que ilustra la configuración de un acondicionador de aire equipado con un intercambiador de calor de acuerdo con un ejemplo de realización de la presente invención.
El acondicionador de aire mostrado en la FIGURA 1 puede incluir un condensador 2, un primera intercambiador 4 de calor, un dispositivo 6 de expansión, y un segundo intercambiador 8 de calor. El primer intercambiador 4 de calor puede permitir un intercambio de calor entre el agua de refrigeración y un refrigerante. El agua de refrigeración puede funcionar como un fluido de refrigeración que absorbe calor del refrigerante. El acondicionador de aire puede incluir un compresor 2 que comprime un refrigerante, el primer intercambiador 4 de calor que permite el intercambio de calor entre un refrigerante y agua de refrigeración, un dispositivo 6 de expansión que expande un refrigerante, y un segundo intercambiador 8 de calor que permite el intercambio de calor entre un refrigerante y el aire.
El refrigerante puede pasar secuencialmente a través del compresor 2, el primer intercambiador 4 de calor, el dispositivo 6 de expansión, y el segundo intercambiador 8 de calor. Esto es, el refrigerante comprimido por el compresor 2 puede volver al compresor 2 después de pasar secuencialmente a través del primer intercambiador 4 de calor, el dispositivo 6 de expansión, y el segundo intercambiador 8 de calor. En este caso, el primer intercambiador 4 de calor puede funcionar como un condensador que condensa el refrigerante, el segundo intercambiador 8 de calor puede funcionar como un evaporador que evapora el refrigerante, y el agua de refrigeración puede absorber calor del refrigerante comprimido por el compresor 2.
El acondicionador de aire puede además incluir una válvula (no mostrada) se selección de ruta de flujo que envía el refrigerante comprimido por el compresor 2 al primer intercambiador 4 de calor o el segundo intercambiador 8 de calor. El acondicionador de aire puede incluir un primer circuito a través del cual el refrigerante comprimido por el
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compresor 2 vuelve al compresor 2 después de pasar secuencialmente a través de la válvula de selección de ruta de flujo, el primer intercambiador 4 de calor, el dispositivo 6 de expansión, el segundo intercambiador 8 de calor, y la válvula de selección de ruta de flujo. El acondicionador de aire puede incluir un segundo circuito a través del cual el refrigerante comprimido por el compresor 2 vuelve al compresor 2 después de pasar secuencialmente a través de la válvula de selección de ruta de flujo (no mostrada), el segundo intercambiador 8 de calor, el dispositivo 6 de expansión, el primer intercambiador 4 de calor, y la válvula de selección de ruta de flujo. El primer circuito puede ser un circuito para una operación de refrigeración en la que la habitación es enfriada mediante el segundo intercambiador 8 de calor, el primer intercambiador 4 de calor puede funcionar como un condensador que condensa el refrigerante, y el segundo intercambiador 8 de calor puede funcionar como un evaporador que evapora el refrigerante. El segundo circuito puede ser un circuito para una operación de calentamiento en la que la habitación es calentada por el segundo intercambiador 8 de calor, el segundo intercambiador 8 de calor puede funcionar como un condensador que condensa el refrigerante, y el primer intercambiador 4 de calor puede funcionar como un evaporador que evapora el refrigerante.
El agua de refrigeración puede ser un fluido en estado líquido tal como agua o anticongelante y el refrigerante puede ser varios tipos de refrigerantes tales como el refrigerante basado en freón o el refrigerante de dióxido de carbono que se utiliza generalmente en lo acondicionadores de aire.
El compresor puede ser un compresor que comprime un refrigerante, tal como un compresor rotativo, un compresor en espiral, y un compresor de tornillo. El compresor 2 puede conectarse con el primer intercambiador 4 de calor a través de un canal 3 de salida de compresor.
El primer intercambiador 4 de calor puede ser un intercambiador de calor de tipo de carcasa-tubo. El primer intercambiador 4 puede incluir una carcasa a través de la cual pasa agua de refrigeración tal como agua o anticongelante, y un tubo a través del cual pasa un refrigerante. El primer intercambiador 4 de calor puede estar conectado con el dispositivo 6 de expansión a través de un canal 5 de conexión de primer intercambiador de calordispositivo de expansión. El primer intercambiador 4 de calor se describirá a continuación con mayor detalle.
El dispositivo de expansión puede ser un tubo capilar o una válvula de expansión electrónica a través de la cual se expande un refrigerante. El dispositivo 6 de expansión puede estar conectado con el segundo intercambiador 8 de calor a través de un canal 7 de conexión de dispositivo de expansión-segundo intercambiador de calor.
El segundo intercambiador 8 de calor puede ser un intercambiador de calor de tipo tubo y aletas o un intercambiador de calor de tipo serpentín a través del cual pasa un refrigerante. El segundo intercambiador 8 de calor puede incluir un tubo a través del cual un refrigerante intercambia calor con el aire interior. El segundo intercambiador 8 de calor puede incluir además aletas que son miembros de transferencia de calor acoplados al tubo. El segundo intercambiador 8 de calor puede estar conectado al compresor a través de un canal 9 de admisión de compresor.
El acondicionador de aire puede incluir una unidad 10 de tratamiento de calor conectada al primer intercambiador 4 de calor. La unidad 10 de tratamiento de calor puede funcionar como un enfriador que refrigera el agua de refrigeración, cuando el primer intercambiador 4 de calor funciona como un condensador que condensa un refrigerante. Cuando es un enfriador, la unidad 10 de tratamiento de calor puede incluir una torre de refrigeración que refrigera el agua de refrigeración. La unidad 10 de tratamiento de calor puede conectarse con el primer intercambiador 4 de calor a través de tuberías 12 y 14 de agua. El primer intercambiador 4 de calor puede conectarse con la unidad 10 de tratamiento de calor a través de la tubería 12 de descarga de agua y el agua de refrigeración en el primer intercambiador 4 de calor puede descargarse hacia la unidad 10 de tratamiento de calor a través de la tubería 12 de descarga de agua. El primer intercambiador 4 de calor puede conectarse con la unidad 10 de tratamiento de calor a través de la tubería 14 de admisión de agua y el agua de refrigeración en la unidad 10 de tratamiento de calor puede entrar en el primer intercambiador 4 de calor a través de la tubería 14 de entrada de agua. Un mecanismo de circulación, tal como una bomba, que hace circular el agua de refrigeración hacia la unidad 10 de tratamiento de calor y el primer intercambiador 4 de calor pueden disponerse en al menos uno de entre la unidad 10 de tratamiento de calor, la tubería 12 de descarga de agua, y la tubería 14 de admisión de agua.
El acondicionador de aire puede incluir además un ventilador 16 interior que retorna el aire interior a la habitación a través del segundo intercambiador 8 de calor.
El compresor, el primer intercambiador 4 de calor, el dispositivo 6 de expansión, el segundo intercambiador 8 de calor, y el ventilador 16 interior pueden disponerse en una unidad de acondicionamiento de aire, y el aire en la habitación puede descargarse de nuevo a la habitación a través de un conducto después de fluir hacia el segundo intercambiador 8 de calor a través de un conducto. La unidad 10 de tratamiento de calor puede disponerse fuera de una unidad de acondicionamiento de aire y conectarse con una unidad de acondicionamiento de aire a través de las tuberías 12 y 14 de agua.
El compresor 2, el primer intercambiador 4 de calor, el dispositivo 6 de expansión, el segundo intercambiador 8 de calor, y el ventilador 16 interior pueden distribuirse en una pluralidad de unidades I y O de acondicionamiento de aire. El primer intercambiador 4 de calor y el ventilador 16 interior pueden disponerse juntos en la unidad I interior, y
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el compresor 2 y el primer intercambiador 4 de calor pueden disponerse juntos en la unidad O de compresión (o unidad exterior). El dispositivo 6 de expansión puede disponerse en al menos uno de entre la unidad I interior y la unidad O de compresión. Para el dispositivo 6 de expansión, un dispositivo de expansión puede disponerse en la unidad I interior o la unidad O de compresión. Puede disponerse una pluralidad de dispositivos 6 de expansión, donde el primer dispositivo de expansión puede disponerse en la unidad I interior y el segundo dispositivo de expansión puede disponerse en la unidad O de compresión. El primer dispositivo de expansión puede funcionar como un dispositivo de expansión exterior que se dispone más cerca del primer intercambiador 4 de calor que el segundo intercambiador 8 de calor. El segundo dispositivo de expansión puede funcionar como un dispositivo de expansión que se dispone más cerca del segundo intercambiador 8 de calor que el primer intercambiador 4 de calor. La unidad I interior puede instalarse en la habitación. La unidad O de compresión puede instalarse en la sala de máquinas, el sótano, o el tejado de un edificio. La unidad O de compresión puede conectarse con la unidad 10 de tratamiento de calor a través de tuberías 12 y 14 de agua.
El primer intercambiador 4 de calor es denominado como un intercambiador de calor en la siguiente descripción.
La FIGURA 2 es una vista lateral que muestra la apariencia externa de un intercambiador de calor de acuerdo con un ejemplo de realización de la presente invención, la FIGURA 3 es una vista que muestra el interior del intercambiador de calor de acuerdo con un ejemplo de realización de la presente invención, y la FIGURA 4 es una vista inferior de la carcasa mostrada en la FIGURA 2, y la FIGURA 5 es una vista en perspectiva de la base mostrada en la FIGURA 2.
El intercambiador 4 de calor puede incluir una carcasa 20, una tubería 30 de entrada de flujo de agua de refrigeración que guía el agua W de refrigeración hacia el interior de la carcasa 20, una tubería 40 de descarga de agua de refrigeración que guía el agua W de refrigeración hacia el exterior de la carcasa 20, y un tubo 70 a través del cual pasa un refrigerante que intercambia calor con el agua W de refrigeración.
Un espacio 18 puede estar definido en la carcasa 20. El espacio 18 puede llenarse de agua W de refrigeración y puede recibir el tubo 70.
La carcasa puede incluir una cubierta 21 en la que se forma el espacio 18, y una tapa 22 superior acoplada a la parte superior de la cubierta 21. La carcasa 20 puede incluir una tapa 23 inferior acoplada a la parte inferior de la cubierta 21.
La cubierta 21 puede disponerse de manera que se extiende verticalmente. La cubierta 21 puede fabricarse por separado con relación a la tapa 22 y la tapa 23 inferior y luego combinarse con la tapa 22 superior y la tapa 23 inferior, sin que esté integralmente formada con al menos una de entre la tapa 22 superior y la tapa 23 inferior. Cuando la cubierta 21, la tapa 22 superior y la tapa 23 inferior se fabrican por separado y luego se combinan, la superficie circunferencial de la cubierta 21, el lado inferior de la tapa 22 superior, y la parte superior de la tapa 23 inferior pueden recubrirse fácilmente. Cuando el interior de la carcasa 20 se recubre, estando la cubierta 21 formada integralmente con una de entre la tapa 22 y la tapa 23 inferior, el fluido de recubrimiento puede no extenderse de manera uniforme por la pared interior de la cubierta 21. Por el contrario, cuando la cubierta 21, la tapa 22 superior y la tapa 23 inferior se fabrican por separado el fluido de recubrimiento puede extenderse de manera uniforme por la pared interior de la cubierta 21. En la carcasa 20, la cubierta 21, la tapa 22 superior y la tapa 23 inferior pueden combinarse, después de que la superficie circunferencial interna de la cubierta 21, el lado inferior de la cubierta 22 superior, y la parte superior de la cubierta 23 inferior se hayan recubierto.
La cubierta 21 puede tener un cuerpo 21a hueco con el espacio 18 en su interior, una primera porción 21b de conexión acoplada con la tapa 22 superior, y una segunda porción 21c de conexión acoplada a la tapa 23 inferior.
El cuerpo 21a hueco puede formarse con una forma cilíndrica hueca.
La primera porción 21b de conexión puede sobresalir con una forma de reborde desde el extremo superior del cuerpo 21a hueco. La primera porción 21b de conexión puede tener orificios de fijación para fijarse a la tapa 22 superior mediante medios 22a de fijación tales como pernos.
La segunda porción 21c de conexión puede sobresalir con una forma de reborde desde el extremo inferior del cuerpo 21a hueco. La segunda porción 21c de conexión puede tener orificios de fijación para su fijación a la tapa 23 inferior mediante medios 23a de fijación tales como pernos.
La tapa 22 superior puede ser una placa. La tapa 22 superior puede formarse con una forma de placa circular. Un orificio de fijación correspondiente a la primera porción 21b de conexión puede formarse a través de la tapa 22 superior y la tapa 22 superior puede acoplarse a la primera porción 21b de conexión por medio de los medios 22a de fijación tales como pernos. La tapa 22 superior puede cerrar una superficie superior abierta de la cubierta 21.
La tapa 23 inferior puede ser una placa. La tapa 23 inferior puede formarse con una forma de placa circular. Un orificio de fijación correspondiente a la segunda porción 21b de conexión puede formarse a través de la tapa 23
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inferior y la tapa 23 inferior puede acoplarse a la segunda porción 21c de conexión por medio de los medios 23a de fijación tales como pernos. La tapa 22 superior puede cerrar una superficie inferior abierta de la cubierta 21.
La carcasa 20 puede tener un espacio definido entre la cubierta 21, la tapa 22 superior, y la tapa 23 inferior y el agua W de refrigeración puede pasar hacia el interior del espacio 18 a través de la tubería 30 de entrada de flujo de agua de refrigeración. El agua W de refrigeración puede intercambiar calor con el tubo 70 a la vez que fluye a través del espacio 18.
Puede formarse en la carcasa un orificio 24 pasante de la tubería de flujo de entrada de agua de refrigeración a través del cual pasa la tubería 30 de entrada de flujo de agua de refrigeración. Puede formarse en la carcasa 20 un orificio 25 pasante de la tubería de flujo de descarga de agua de refrigeración a través del cual pasa la tubería 40 de descarga de agua de refrigeración. Pueden formarse en la carcasa 20 orificios 26 pasantes de paso de tubo a través de los cuales pasa el tubo 70. El número de orificios 26 pasantes de tubo puede ser el mismo que el número de tubos 70.
La tubería 30 de entrada de flujo de agua de refrigeración guía el agua W de refrigeración que fluye hacia el interior del espacio 18 y puede formarse en la tubería 30 de entrada de flujo de agua de refrigeración un extremo 3 de salida a través del cual el agua de refrigeración sale hacia el interior del espacio 18. La tubería 30 de entrada de flujo de agua de refrigeración puede pasar a través de la carcasa 20 de tal modo que el extremo 32 de salida está situado en la carcasa 20. En la tubería 30 de entrada de flujo de agua de refrigeración, la altura L1 entre el extremo 32 de salida y la tapa 23 inferior puede ser más pequeña que la altura L2 entre un extremo 42 de entrada y una tapa 23 inferior, que se describen más abajo, de la tubería 40 de descarga de agua de refrigeración. El agua W de refrigeración que fluye en la carcasa 20 a través de la tubería 30 de entrada de flujo de agua de refrigeración puede llenarse desde la porción inferior de la carcasa 20. La tubería 30 de flujo de entrada de agua de refrigeración puede disponerse de tal modo que el extremo 32 de salida esté situado en la porción inferior de la carcasa 20. La porción, que está situada fuera de la carcasa 20, de la tubería 30 de flujo de entrada de agua de refrigeración puede conectarse a la tubería 14 de admisión de agua mostrada en la FIGURA 1.
La tubería 40 de descarga de agua de refrigeración guía el agua W de refrigeración descargada del espacio 18 y puede tener el extremo 42 de entrada por el que entra el agua W de refrigeración en el espacio 18. La tubería 40 de descarga de agua de refrigeración puede pasar a través de la carcasa 20 de tal modo que el extremo 42 de entrada esté situado en la carcasa 20. La tubería 40 de descarga de agua de refrigeración puede disponerse de modo que el agua W de refrigeración en la porción inferior de la carcasa 20 no descargue a través de la tubería 40 de descarga de agua de refrigeración sino que el agua W de refrigeración en la porción superior de la carcasa 20 descargue a través de la tubería 40 de descarga de agua de refrigeración. El extremo 42 de entrada puede situarse en la porción superior en la carcasa 20. La porción, que está situada fuera de la carcasa 20, de la tubería 40 de descarga de agua de refrigeración puede conectarse a la tubería 12 de descarga de agua mostrada en la FIGURA 1. El extremo 42 de entrada puede situarse bajo la tapa 22 superior. El extremo 42 de entrada puede estar separado de la tapa 22 superior. El extremo 42 de entrada puede estar separado verticalmente de la tapa 22 superior. Cuando el nivel de agua de la carcasa 20 es mayor que el extremo 42 de entrada, el agua W de refrigeración puede entrar en la tubería 40 de descarga de agua de refrigeración a través del extremo 42 de entrada y se puede formar una capa A de aire que es un espacio para recibir aire entre el extremo 42 de entrada y la tapa 22 superior. El intercambiador 4 de calor no está dotado de un orificio de ventilación específico para descargar el aire en la capa A de aire y la tapa 22 superior puede cubrir la totalidad de la abertura superior del espacio 18. En el intercambiador 4 de calor, cuanto mayor es la altura L3 entre el extremo 42 de entrada y la tapa 22 superior, mayor es la altura de la capa A de aire entre el agua W de refrigeración y la carcasa 20, y cuanto menor es la altura L3 entre el extremo 42 de entrada y la tapa 22 superior, mayor es la altura de la capa A de aire entre el agua W de refrigeración y la carcasa 20. Cuando la altura de la capa A de aire es menor que un rango adecuado, es difícil asegurar un espacio suficiente, la presión interna de la carcasa 20 puede aumentar, y la carcasa puede congelarse hasta estallar, debido al congelamiento del agua W de refrigeración. Al mismo tiempo, cuando la altura de la capa A de aire es mayor que un rango adecuado, el coste de materiales puede aumentar debido al aumento de la altura de la carcasa 20. Además, el agua W de refrigeración puede escapar entre la cubierta 21 y la tapa 22 superior debido a vibraciones o similar del intercambiador 4 de calor. En el intercambiador 4 de calor, la altura L3 entre el extremo 42 de entrada y la tapa 22 superior puede ser la altura de la capa A de aire.
La tubería 30 de entrada de agua de refrigeración, la tubería 40 de descarga de agua de refrigeración, y el tubo 70 pueden disponerse a través de uno de entre la cubierta 21, la tapa 22 superior y la tapa 23 inferior. Cuando la tubería 30 de admisión de agua de refrigeración, la tubería 40 de descarga de agua de refrigeración, y el tubo 70 se disponen a través de la tapa 23 inferior, es posible limpiar de manera sencilla el intercambiador 4 de calor. En el intercambiador 4 de calor, la tapa 22 superior puede estar separada de la cubierta 21 y la cubierta 21 puede estar separada de la tapa 23 inferior, estando la tubería 30 de entrada de agua de refrigeración, la tubería 40 de descarga de agua de refrigeración, y el tubo 70 fijados a la tapa 23 inferior. Un operario puede limpiar fácilmente el intercambiador 4 de calor, con la tapa 2 superior y la cubierta 21 separadas y la tubería 30 de admisión de agua de refrigeración, la tubería 40 de descarga de agua de refrigeración, y la tubería 70 fijadas a la tapa 23 inferior. Considerando la facilidad de limpieza del intercambiador 4 de calor, es preferible que la tubería 30 de admisión de agua de refrigeración, la tubería 40 de descarga de agua de refrigeración, y el tubo 70 estén dispuestos a través de
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la tapa 23 inferior.
El intercambiador 4 de calor puede incluir una base 50 que soporta la carcasa 20. La base puede tener una porción 52 de fijación donde se fija la carcasa 20. La porción 52 de fijación puede formarse con una forma de placa. La porción 52 de fijación puede disponerse en horizontal bajo la carcasa 20. La carcasa 20 puede colocarse sobre la porción 52 de fijación o fijarse a la porción 52 de fijación.
Pueden formarse a través de la porción 52 de fijación unos orificios 54 de fijación para fijar la carcasa 20 con medios 23a de fijación tales como pernos. Puede formarse a través de la porción 52 de fijación un orificio 55 pasante a través del cual pasa al menos uno de entre la tubería 30 de admisión de agua de refrigeración y la tubería 40 de descarga de agua de refrigeración. El orificio 55 pasante de la porción 52 de fijación puede estar compuesto por un orificio pasante de tubería de entrada de flujo de agua de refrigeración a través del cual pasa la tubería 30 de entrada de flujo de agua de refrigeración y un orificio pasante de tubería de descarga de agua de refrigeración a través del cual pasa la tubería 40 de descarga de agua de refrigeración. Se forma un orificio 55 pasante en la porción 52 de fijación, y la tubería 30 de entrada de flujo de agua de refrigeración y la tubería 40 de descarga de agua de refrigeración pueden pasar conjuntamente a través de un único orificio 55 pasante. Cuando se forma un orificio 55 pasante en la porción 52 de fijación, el orificio 55 pasante puede formarse para que se extienda en horizontal. El orificio 55 pasante puede estar formado para estar abierto en un lado de la porción 52 de fijación. El orificio 55 pasante puede formarse de tal modo que la porción inferior del orificio 24 pasante de la tubería de entrada de agua de refrigeración de la carcasa 20 y la porción inferior del orificio 25 pasante de la tubería de descarga de agua de refrigeración de la carcasa 20 estén abiertas. Pueden formarse en la porción 52 de fijación unos orificios 56 de tubo a través de los cuales pasa el tubo 70. La base 50 puede tener una porción de soporte que soporta la porción 52 de fijación. La porción de fijación puede incluir una pluralidad de patas 57, 58, 59, y 60 que soportan la porción 52 de fijación. En el intercambiador 4 de calor, cuando la carcasa 20 está dispuesta sobre la porción 52 de fijación, una porción de la tubería 30 de entrada de flujo de agua de refrigeración, una porción de la tubería 40 de descarga de agua de refrigeración, y una porción el tubo 70 pueden estar situados debajo de la porción 52 de fijación. En el intercambiador 4 de calor, todos de entre la tubería 30 de entrada de flujo de agua de refrigeración, la tubería 40 de descarga de agua de refrigeración, y el tubo 70 pueden extenderse debajo de la carcasa 20.
El tubo 70 puede tener una porción 74 de tubería en espiral que está situada en el espacio 18 y se enrolla en espiral. Puede definirse un hueco 73 entre las vueltas 71 y 72 de la porción 74 de tubería en espiral. Toda la forma de la porción 74 de tubería en espiral puede formarse con una forma de serpentín. La porción 74 de tubería en espiral puede situarse entre la tubería 40 de descarga de agua de refrigeración y la carcasa 20 y puede tener un eje vertical central VX. El eje vertical central VX puede situarse en la porción donde la porción de la tubería 40 de descarga de agua de refrigeración está situada en la carcasa 20. El eje vertical central VX puede coincidir con el eje central de la porción donde la porción de la tubería 40 de descarga de agua de refrigeración está posicionada en la carcasa 20. Las vueltas 71 y 72 pueden estar configuradas de tal modo que las distancias L5 desde el eje vertical central VX sean las mismas. La porción 74 en espiral puede tener al menos diez o más vueltas. La porción 74 en espiral puede estar arrollada de manera continua en el sentido de las agujas del reloj o de manera continua en el sentido opuesto a las agujas del reloj. Las vueltas 71 y 72 pueden estar separadas verticalmente una de otra y puede definirse un hueco 73 entre las vueltas 71 y 72. El agua W de refrigeración puede fluir hacia el interior de la porción 74 en espiral desde el espacio entre la carcasa 20 y la porción 74 en espiral a través del hueco 73, o puede fluir hacia el interior del espacio entre la carcasa 20 y la porción 74 en espiral desde el espacio en la porción 74 en espiral a través del hueco 73.
El extremo superior de la porción 74 de tubería en espiral es más alto que el extremo 42 de entrada de la tubería 40 de descarga de agua de refrigeración, es preferible minimizar el agua W de refrigeración que entra en el extremo 42 de entrada sin intercambiar calor con la porción 74 de tubería en espiral, y es preferible que la altura L5 entre el extremo superior de la porción 74 de tubería en espiral y la tapa 23 inferior sea menor que la altura L2 entre el extremo 42 de entrada y la tapa 23 inferior. La altura del extremo 42 de entrada puede ser mayor que el extremo superior de la porción 74 de tubería en espiral. La porción 74 de tubería en espiral puede disponerse de tal modo que una porción esté situada por encima del extremo 32 de salida de la tubería 30 de entrada de flujo de agua de refrigeración. El extremo 32 de salida puede estar situado por debajo de la porción 74 de tubería en espiral. La altura del extremo 32 de salida puede ser menor que la altura del extremo inferior de la porción 74 de tubería en espiral.
El tubo 70 puede tener una porción 75 de tubería recta que se extiende desde la porción 74 en espiral con una forma de tubería recta. La porción 75 de tubería recta puede estar curvada en la vuelta más baja de la porción 74 en espiral. La porción 75 de tubería recta puede estar curvada en la vuelva más alta de la porción 74 en espiral. La porción 74 de tubería recta puede disponerse en paralelo con el eje vertical central VX.
La FIGURA 6 es una vista en planta que muestra el interior del intercambiador de calor de acuerdo con un ejemplo de realización de la presente invención.
Para el tubo 70, una pluralidad de tubos 70A y 70B están dispuestos en la carcasa 20. Los tubos 70A y 70B tienen diferentes distancias desde el eje vertical central VX hasta la porción 74 de tubería en espiral. Para el tubo 70, un par de tubos 70A y 70B que tienen diferentes distancias desde el eje vertical central VX pueden estar conectados en
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serie. Para el tubo 70, un par de tubos 70A y 70B que tienen diferentes distancias desde el eje vertical central VX pueden estar conectados mediante un tubo 70C de conexión. El tubo 70C de conexión puede estar formado con una forma en U. El tubo 70C de conexión puede estar dispuesto de manera que al menos una porción se sumerja en el agua W de refrigeración. El par de tubos 70A y 70B y el tubo 70C de conexión pueden constituir un tubo P de transferencia de calor. El refrigerante fluye hacia el tubo 70C de conexión después de pasar secuencialmente a través de la porción 75 de tubería recta y la porción 74 en espiral de cualquiera 70A de entre el par de tubos 70A y 70B y entonces, puede fluir hacia el exterior de la carcasa 20 después de pasar secuencialmente a través de la porción 74 en espiral y la porción 75 de tubería recta del otro 70B de entre el par de tubos 70A y 70B. El refrigerante puede intercambiar calor con el agua W de refrigeración mientras pasa a través de uno cualquiera 70A de entre el par de tubos 70A y 70B, intercambiar calor con el agua W de refrigeración mientras pasa a través del tubo 70C de conexión, y luego intercambiar calor con el agua W de refrigeración mientras pasa a través del otro 70B de entre el par de tubos 70A y 70B. Para el tubo 70, se puede disponer una pluralidad de tubos 70A y 70B que tienen diferentes distancias desde el eje vertical central VX y conectados en serie.
La porción 74 de tubería en espiral de uno 70A de entre los tubos 70A y 70B puede fijarse con la tubería 40 de descarga de agua de refrigeración. Los tubos 70A y 70B pueden fijarse con la tubería 40 de descarga de agua de refrigeración, con el tubo más cercano a la tubería 40 de descarga de agua de refrigeración en contacto con la tubería 40 de descarga de agua de refrigeración. El tubo más cercano a la tubería 40 de descarga de agua de refrigeración está dispuesto como rodeando la tubería 40 de descarga de agua de refrigeración. El tubo más cercano a la carcasa 20 en los tubos 70A y 70B puede no estar en contacto con la superficie interior de la carcasa 20.
La FIGURA 7 es un gráfico que muestra la cantidad de transferencia de calor de acuerdo con la relación de la altura entre la entrada y la tapa superior mostrada en la FIGURA 3 y la altura de una cubierta.
La FIGURA 7 es un gráfico sin dimensiones que muestra el rendimiento de la transferencia de calor de acuerdo con una modificación de la relación de alturas, con relación a una relación de alturas donde el intercambiador de calor tiene el rendimiento de transferencia de calor óptimo.
En el intercambiador 4 de calor, la cantidad de transferencia de calor del agua de refrigeración y el refrigerante puede medirse sólo mientras la relación de alturas X cambia, bajo las condiciones de que la velocidad de la corriente de agua en la tubería 30 de entrada de flujo de agua de refrigeración es 2,7 m/seg, el flujo másico del agua es 1,6 kg/seg, y el flujo volumétrico del agua es 96 LPM, donde cuando la relación de alturas X es de alrededor de 0,13, el rendimiento de la transferencia de calor es el mayor y la cantidad de transferencia de calor sin dimensiones de acuerdo con la relación de alturas X cuando la relación de alturas de 0,13 es 100% puede mostrarse en la FIGURA
7.
En el intercambiador 4 de calor, la altura L3 entre el extremo 42 de entrada y la tapa 22 superior puede ser desde 0,1 hasta 0,2 veces la altura L4 de la cubierta 21. Es decir, en el intercambiador 4 de calor, la relación (X=L3/L4) de la altura L3 entre el extremo 42 de entrada y la tapa 22 superior y la altura de la cubierta 21 puede ser de entre 0,1 hasta 0,2.
Cuando la altura L3 entre el extremo 42 de entrada y la cubierta 22 superior es menor que 0,1 veces la altura L4 de la cubierta 21, cuando menor es la relación de alturas, menor la cantidad de transferencia de calor, y el área donde la relación X de alturas es 0,9 o menos puede ser un área A de ruptura donde la altura del área de aire es demasiado pequeña. Cuando la altura L3 entre el extremo 42 de entrada y la tapa 22 superior está por encima de 0,2 veces la altura L4 de la cubierta 21, la cantidad de transferencia de calor puede reducir un 90% o menos de la cantidad de transferencia de calor máxima, y es preferible que la altura L3 entre el extremo 42 de entrada y la tapa 22 superior sea desde 0,1 hasta 0,3 veces la altura L4 de la cubierta 21.
Cuando la altura L3 entre el extremo 42 de entrada y la tapa 22 superior es desde 0,1 hasta 0,15 veces la altura L4 de la cubierta 21, la cantidad de transferencia de calor puede mantenerse en el 90% o más de la cantidad de transferencia de calor máxima, y es preferible que la altura L3 entre el extremo 42 de entrada y la tapa 22 superior se ajuste entre 0,1 y 0,15 veces la altura L4 de la cubierta 21.
En adelante, se describe el funcionamiento de la presente invención con la configuración descrita.
En primer lugar, el refrigerante puede pasar a través del tubo 70 e intercambiar calor con el agua de refrigeración mientras pasa a través del tubo 70. El refrigerante puede descargarse hacia el exterior del intercambiador 4 de calor después de pasar secuencialmente a través de los tubos 70A y 70B.
El agua de refrigeración puede fluir hacia la porción inferior en la carcasa 20 a través de la tubería 30 de entrada de flujo de agua de refrigeración y puede fluir hacia arriba en la carcasa 20. El agua de refrigeración que fluye en el espacio 18 a través del extremo 32 de salida de la tubería 30 de entrada de flujo de agua de refrigeración puede pasar a través del hueco 73 entre las vueltas 71 y 72 de la porción 74 de tubería en espiral a la vez que sube en la carcasa 20, y puede intercambiar calor con el tubo 70. El agua de refrigeración intercambia calor con toda la porción 74 de tubería en espiral a la vez que sube hasta un nivel de agua mayor que el extremo superior de la porción 74 de
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tubería en espiral, y puede entonces fluir hacia el interior del extremo 42 de entrada de la tubería 40 de descarga de agua de refrigeración en una posición más alta que la porción 74 de tubería en espiral, y puede descargarse hacia el exterior del intercambiador 4 de calor a través de la tubería 40 de descarga de agua de refrigeración. El agua de refrigeración que pasa a través de la tubería 40 de descarga de agua de refrigeración puede intercambiar calor con
5 el tubo que está en contacto con la tubería 40 de descarga de agua de refrigeración, en contacto con el tubo que está en contacto con la tubería 40 de descarga de agua de refrigeración.
El intercambiador de calor permite el intercambio de calor entre el agua de refrigeración y el refrigerante a la vez que mantiene la cantidad de transferencia de calor óptima y puede evitarse su congelación hasta estallar mediante una 10 altura adecuada de la capa A de aire incluso si el agua de refrigeración se congela debido a una temperatura del aire demasiado baja.
En el intercambiador 4 de calor, la cubierta 21 puede separarse de la tapa 23 para limpiar el tubo 70. Un trabajador puede limpiar el tubo 70 con herramientas de limpieza tales como un cepillo de limpieza, sin separar la tubería 30 de 15 entrada de flujo de agua de refrigeración, la tubería 40 de descarga de agua de refrigeración, y el tubo 70 de la tapa 23 inferior.

Claims (6)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un intercambiador de calor que comprende:
    5 una carcasa (20) que tiene:
    una cubierta (21) en la cual se forma un espacio (18); una tapa (22) superior acoplada a la parte superior de la cubierta; y
    10 una tapa (23) inferior acoplada a la parte inferior de la cubierta; una tubería (30) de entrada de flujo de aire de refrigeración que tiene un extremo (32) de salida a través del cual agua de refrigeración sale al interior del espacio (18); un tubo (70) a través del cual pasa un refrigerante que intercambia calor con el agua de refrigeración; y una tubería (40) de descarga de agua de refrigeración que tiene un extremo (42) de entrada a través del cual
    15 el agua de refrigeración descargada desde el espacio (18) entra en la tubería de descarga de agua de refrigeración, donde el tubo (70) tiene una porción (74) de tubería en espiral situada en el espacio (18) y arrollada en espiral, el extremo (42) de entrada está situado de manera que está separado de la tapa (22) superior por debajo de
    20 la tapa superior, la altura del extremo (42) de entrada es mayor que la altura del extremo superior de la porción (42) de tubería en espiral, y la altura entre el extremo (32) de salida y la tapa (23) inferior es menor que la altura entre el extremo (42) de entrada y la tapa (23) inferior,
    25 donde la porción (74) de tubería en espiral está situada entre la tubería (40) de descarga de agua de refrigeración y la carcasa (20) y tiene un eje vertical central, caracterizado por que para el tubo (70), una pluralidad de tubos (70A, 70B) están dispuestos en la carcasa (20) y la pluralidad de tubos tienen diferentes distancias desde el eje vertical central a la porción (74) de tubería en espiral, donde la porción (74) de tubería en espiral de uno de entre la pluralidad de tubos (70A, 70B) está en contacto
    30 con la tubería (40) de descarga de agua de refrigeración.
  2. 2. El intercambiador de calor de la reivindicación 1, donde la altura entre el extremo (42) de entrada y la tapa (22) superior es entre 0,1 y 0,2 veces la altura de la cubierta (21).
    35 3. El intercambiador de calor de la reivindicación 1, donde la altura entre el extremo (42) de entrada y la tapa (22) superior es entre 0,1 y 0,15 veces la altura de la cubierta (21).
  3. 4. El intercambiador de calor de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la tubería (30) de entrada de
    flujo de agua de refrigeración, la tubería (40) de descarga de agua de refrigeración, y el tubo (70) se extienden por 40 debajo de la tapa (23) inferior a través de la tapa inferior.
  4. 5. El intercambiador de calor de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el eje vertical central está situado en una porción donde una porción de la tubería (40) de descarga de agua de refrigeración está situada en la carcasa (20).
    45
  5. 6. El intercambiador de calor de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la altura del extremo (32) de salida es menor que la altura del extremo inferior de la porción (74) de tubería en espiral.
  6. 7. El intercambiador de calor de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la cubierta (21) se extiende 50 verticalmente.
    10
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