ES2970163T3 - Sistema de acondicionamiento de aire e intercambiador de calor de carcasa y tubos - Google Patents

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Dhruv Chanakya Hoysall
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Abstract

La presente solicitud proporciona un intercambiador de calor de carcasa y tubos (100) y un sistema de aire acondicionado. El intercambiador de calor de carcasa y tubos (100) incluye: una carcasa (120) provista de una entrada de líquido (122) y una salida de vapor (121), estando dispuesta la salida de vapor en una parte superior de la carcasa; y un haz de tubos de intercambio de calor (110) dispuesto en la carcasa en una dirección axial de la carcasa; en el que el haz de tubos de intercambio de calor incluye: una pluralidad de primeros tubos de intercambio de calor (111) ubicados en una porción superior, teniendo los primeros tubos de intercambio de calor un primer espacio entre ellos; y una pluralidad de segundos tubos de intercambio de calor (112) ubicados en una porción inferior, teniendo los segundos tubos de intercambio de calor un segundo espacio entre ellos; en donde el primer espaciado es diferente del segundo espaciado. Según el intercambiador de calor de carcasa y tubos (100) y el sistema de aire acondicionado de la presente solicitud, al cambiar los espacios entre los tubos de intercambio de calor superiores con respecto a los espacios entre los tubos de intercambio de calor inferiores, la inclinación del chorro (1) y/o la velocidad del chorro del medio se reduce efectivamente, o el chorro se bloquea efectivamente de modo que se alivia el problema del arrastre de líquido, mejorando así el rendimiento del compresor y el rendimiento del sistema. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de acondicionamiento de aire e intercambiador de calor de carcasa y tubos
Campo de la invención
La presente solicitud se refiere a un intercambiador de calor de carcasa y tubos.
Antecedentes de la invención
Un dispositivo de acondicionamiento de aire pertenece a un campo técnico que se ha desarrollado muy maduradamente, y juega un papel de regulación de la temperatura y humedad del aire. En términos generales, un dispositivo de acondicionamiento de aire incluye componentes tales como un compresor, un componente de estrangulamiento, e intercambiadores de calor que sirven como condensador y evaporador respectivamente. El intercambiador de calor proporciona un espacio de intercambio de calor para un refrigerante y un fluido externo. Los intercambiadores de calor de carcasa y tubo, como un tipo común de intercambiador de calor, tienen la ventaja de un alto rendimiento de intercambio de calor. Sin embargo, al mismo tiempo, el problema de aliviar el transferencia de líquido es un reto importante en el diseño estructural de los intercambiadores de calor de carcasa y tubo, ya que tal fenómeno afectará seriamente el rendimiento del compresor, y conducirá además a una disminución en el coeficiente de eficiencia energética del sistema.
Tomando un evaporador como ejemplo, un refrigerante se evapora de una fase líquida a una fase gaseosa en un intercambiador de calor de carcasa y tubos, y libera su calor latente. En este punto, el intercambiador de calor de carcasa y tubos tiene un haz de tubos de intercambio de calor instalado en una parte inferior y un espacio vacío en una parte superior. Un haz de tubos de intercambio de calor convencional incluye una pluralidad de tubos de intercambio de calor que tienen el mismo tamaño y espaciamiento, que se disponen en una manera escalonada. En este caso, debido a la pequeña espaciamiento del tubo y al tamaño del tubo, una parte del refrigerante formará un chorro de medio. Tal chorro de medio típicamente tiene una velocidad de chorro de 3-4 m/s, o incluso tan alta como 9-10 m/s. Al mismo tiempo, también tiene una gran inclinación de chorro. Por estas dos razones, una parte de las gotitas de refrigerante se expulsan a una salida de vapor del intercambiador de calor de carcasa y tubos a una alta velocidad, dando como resultado el transferencia de líquido.
En los productos existentes, usualmente se eligen diseños relativamente conservativos para aliviar el problema de la transferencia de líquido, tal como reduciendo el número de tubos de intercambio de calor en el haz de tubos de intercambio de calor, o reservando un espacio vacío superior más grande, que también causará un cierto grado de desperdicio en el diseño. Como otra solución común al problema del transferencia de líquido, se utiliza un deflector para la salida de vapor, que puede bloquear eficazmente el chorro de medio y evitar que entre directamente en la salida de vapor. Sin embargo, aunque el problema mencionado anteriormente se alivia por el deflector para la salida de vapor, en su lugar se puede provocar una pérdida de presión excesiva del refrigerante en fase gaseosa, lo que a su vez también afecta al rendimiento del sistema.
El documento US 9541314 B2 divulga un intercambiador de calor de carcasa y tubos según el preámbulo de la reivindicación 1 y describe un intercambiador de calor que comprende una carcasa y un haz de tubos que incluye una pluralidad de tubos de transferencia de calor, en donde el paso vertical y horizontal entre los tubos de transferencia de calor es mayor en una región superior del haz de tubos que en una región inferior del haz de tubos.
El documento US 2017/153049 A1 divulga un evaporador que incluye un recipiente y una pluralidad de tubos de transferencia de calor dispuestos de manera que se extiendan dentro del recipiente a lo largo de una dirección longitudinal del recipiente y configurados para transferir el calor recibido de un fluido que fluye dentro de los tubos de transferencia de calor al refrigerante que fluye fuera de los tubos de transferencia de calor.
Compendio de la invención
Según la presente invención, se proporciona un intercambiador de calor de carcasa y tubos, que comprende: una carcasa provista con una entrada de líquido y una salida de vapor, la salida de vapor se dispone en una parte superior de la carcasa; y un haz de tubos de intercambio de calor dispuesto en la carcasa en una dirección axial de la carcasa; en donde el haz de tubos de intercambio de calor incluye: una pluralidad de primeros tubos de intercambio de calor ubicados en una parte superior, los primeros tubos de intercambio de calor tienen un primer espaciamiento entre ellos; y una pluralidad de segundos tubos de intercambio de calor ubicados en una parte inferior, los segundos tubos de intercambio de calor tienen un segundo espaciamiento entre ellos; en donde el primer espaciamiento es diferente al segundo espaciamiento y en donde un conjunto de deflector se dispone en una entrada de la salida de vapor y tiene un deflector capaz de ajustar un área de bloqueo, de modo que se puede lograr un equilibrio entre el transferencia de líquido y la pérdida de presión.
Opcionalmente, el primer espaciamiento es mayor que el segundo espaciamiento, de modo que una inclinación de chorro y/o una velocidad de chorro de un chorro de medio en el primer espaciamiento es menor que una inclinación de chorro y/o velocidad de chorro del chorro de medio en el segundo espaciamiento; o el primer espaciamiento es menor que el segundo espaciamiento, de modo que un chorro de medio está al menos parcialmente bloqueado por la pluralidad de los primeros tubos de intercambio de calor.
Opcionalmente, el primer espaciamiento se disminuye al aumentar una densidad de disposición de la pluralidad de los primeros tubos de intercambio de calor, y/o disminuir un paso horizontal de la pluralidad de los primeros tubos de intercambio de calor, y/o disminuir un paso vertical entre la pluralidad de los primeros tubos de intercambio de calor.
Opcionalmente, la pluralidad de los primeros tubos de intercambio de calor ubicados en la parte superior del haz de tubos de intercambio de calor se disponen en una o más filas de arriba abajo, y el número de filas de los primeros tubos de intercambio de calor no es mayor que el número de filas de la pluralidad de los segundos tubos de intercambio de calor.
Opcionalmente, el primer espaciamiento es un espaciamiento vertical entre una pluralidad de los primeros tubos de intercambio de calor en una misma columna, o un espaciamiento horizontal entre una pluralidad de los primeros tubos de intercambio de calor en una misma fila, o un espaciamiento diagonal entre los primeros tubos de intercambio de calor en una disposición escalonada.
Opcionalmente, los primeros tubos de intercambio de calor son una pluralidad de tubos de intercambio de calor que tienen el mismo diámetro o una pluralidad de tubos de intercambio de calor que tienen diferentes diámetros.
Opcionalmente, el conjunto de deflector incluye: un soporte, cuyo primer extremo se fija a la salida de vapor, y cuyo segundo extremo se extiende desde la salida de vapor hacia la parte interna del intercambiador de calor; un deflector, que se conecta al segundo extremo del soporte y configurado para ser impulsado para cambiar el área de bloqueo; y una varilla de conexión, dos extremos de la cual se conectan al soporte y el deflector respectivamente, en donde un movimiento en vaivén de la varilla de conexión con respecto a el soporte provoca un movimiento rotacional del deflector con respecto al soporte.
Opcionalmente, el deflector incluye una placa sólida en el medio y una placa perforada dispuesta en una periferia exterior de la placa sólida.
Opcionalmente, el deflector se divide en una pluralidad de secciones de deflector en una dirección radial, y el conjunto de deflector incluye: una pluralidad de varillas de conexión, cada una de las cuales se conecta al soporte y cada una de las secciones de deflector del deflector respectivamente; en donde un movimiento en vaivén de cada una de las varillas de conexión con respecto a el soporte provoca un movimiento rotacional independiente de cada una de las secciones de deflector con respecto al soporte.
Se proporciona además un sistema de acondicionamiento de aire, que incluye un intercambiador de calor de carcasa y tubos como se ha descrito anteriormente.
Según el intercambiador de calor de carcasa y tubos y el sistema de acondicionamiento de aire de la presente solicitud, por un lado, cambiando los espaciamientos entre los tubos de intercambio de calor superior con respecto a los espaciamientos entre los tubos de intercambio de calor inferior, la inclinación del chorro y/o la velocidad del chorro del chorro de medio se reducen eficazmente, o el chorro se bloquea eficazmente de manera que se alivia el problema de transferencia de líquido, mejorando así el rendimiento del compresor y el rendimiento del sistema; por otro lado, proporcionar un conjunto de deflector con un área de bloqueo variable, el área de bloqueo se ajusta según sea necesario según un estado de refrigerante en el intercambiador de calor de carcasa y tubos, de manera que se logra eficazmente un equilibrio entre el transferencia de líquido y una excesiva pérdida de presión, mejorando así el rendimiento del sistema.
Breve descripción de los dibujos
Ahora se describirán ciertas realizaciones en mayor detalle, solo a modo de ejemplo, y con referencia a los dibujos adjuntos en los que:
la FIG. 1 es una vista lateral esquemática en sección transversal de un intercambiador de calor de carcasa y tubos;
la FIG. 2 es una vista lateral esquemática en sección transversal de un intercambiador de calor de carcasa y tubos;
la FIG. 3 es una vista lateral esquemática en sección transversal de un intercambiador de calor de carcasa y tubos de la presente solicitud;
la FIG. 4 es una vista lateral esquemática en sección transversal de una cuarta realización de un intercambiador de calor de carcasa y tubos de la presente solicitud;
la FIG. 5 es una vista esquemática desde arriba de un intercambiador de calor de carcasa y tubos de la presente solicitud;
la FIG. 6 es una vista lateral esquemática en sección transversal de un intercambiador de calor de carcasa y tubos de la presente solicitud;
la FIG. 7 es una vista delantera parcial esquemática del intercambiador de calor de carcasa y tubos de la FIG.
6, en donde un conjunto de deflector está en un primer estado de trabajo;
la FIG. 8 es una vista delantera parcial esquemática del intercambiador de calor de carcasa y tubos de la FIG.
6, en donde el conjunto de deflector está en un segundo estado de trabajo; y
la FIG. 9 es una vista delantera parcial esquemática del intercambiador de calor de carcasa y tubos de la FIG.
6, en donde el conjunto de deflector está en un tercer estado de trabajo.
Descripción detallada de realización(es) de la invención
En primer lugar, debe observarse que los componentes, el principio de funcionamiento, las características y las ventajas del intercambiador de calor de carcasa y tubos y el sistema de acondicionamiento de aire según la presente solicitud se describirán a continuación a modo de ejemplo, pero debe entenderse que toda la descripción se da solo a modo de ilustración y no debe interpretarse como limitante de la presente divulgación de ninguna manera.
Además, para cualquier característica técnica única descrita o implícita en las realizaciones mencionadas en esta memoria, o cualquier característica técnica única mostrada o implícita en dibujos individuales, esta solicitud todavía permite que estas características técnicas (o equivalentes de las mismas) se combinen o añadan o eliminen arbitrariamente sin ningún obstáculo técnico, obteniendo así otras realizaciones más de la presente solicitud que pueden no haberse mencionado directamente en esta memoria.
Los expertos en la técnica también deben saber que el sistema de acondicionamiento de aire propuesto en la presente solicitud no se refiere, en un sentido estrecho, a un acondicionador de aire que tiene una unidad de refrigeración/calefacción exterior y una unidad de intercambio de calor interior utilizada en un edificio en la industria. Más bien, debe interpretarse como un tipo de sistema termodinámico que tiene una función de acondicionamiento de aire, que cuando es accionado por diversas fuentes de energía (por ejemplo, energía eléctrica), intercambia calor con aire en una ubicación que se va a ajustar a través de un cambio de fase de un refrigerante en el sistema. Por ejemplo, cuando el sistema de acondicionamiento de aire se usa para calefacción, ventilación y acondicionamiento de aire en un edificio, puede ser un sistema de refrigeración que tiene una función de refrigeración solamente, o puede ser un sistema de bomba de calor que tiene capacidades tanto de refrigeración como de calefacción. Como otro ejemplo, cuando el sistema de acondicionamiento de aire se usa en un campo de cadena fría, puede ser un sistema de refrigeración de transporte o un sistema de refrigeración/congelación. Sin embargo, no importa qué tipo sea el sistema de acondicionamiento de aire, el intercambiador de calor será aplicable al concepto de la presente solicitud cuando el intercambiador de calor de carcasa y tubos descrito en esta memoria se utilice como el intercambiador de calor en el sistema de acondicionamiento de aire.
El término "inclinación de chorro" como se define en esta memoria se refiere a un ángulo inclinado del refrigerante en el sistema de acondicionamiento de aire que hierve en el intercambiador de calor de carcasa y tubos cuando se expulsa entre los tubos de intercambio de calor superiores del haz de tubos de intercambio de calor en un estado de trabajo. El ángulo inclinado se representa típicamente por un ángulo entre la dirección del chorro de medio expulsado y un plano horizontal.
Además, el término "espaciamiento" como se define en esta memoria es una holgura entre tubos de intercambio de calor adyacentes, a través de los cuales el chorro de medio puede fluir o ser expulsado. Considerando una disposición relativa de una pluralidad de tubos de intercambio de calor, el espaciamiento puede ser un espaciamiento horizontal, un espaciamiento vertical o un espaciamiento diagonal. Como una de las formas de obtener el espaciamiento, puede trazarse una línea de conexión recta entre centros geométricos de tubos de intercambio de calor adyacentes, y un segmento de línea entre puntos de intersección de la línea recta y tubos de intercambio de calor individuales es el espaciamiento.
Análogamente, el término "paso" como se define en esta memoria es una distancia entre líneas auxiliares verticales o líneas auxiliares horizontales de los centros geométricos de tubos de intercambio de calor adyacentes, que se pueden presentar como un paso horizontal m1 o un paso vertical m2 para ayudar a calcular el espaciamiento definido en la presente solicitud. Por ejemplo, el espaciamiento diagonal puede obtenerse realizando un procesamiento de vector sobre el paso horizontal m1 y el paso vertical m2.
Una pluralidad de diferentes estructuras y disposiciones de un haz de tubos de un intercambiador de calor de carcasa y tubos se muestran esquemáticamente en las FIGS. 1 a 6; y una configuración estructural sustancial de una realización de un intercambiador de calor de carcasa y tubos con un conjunto de deflector que tiene un área de bloqueo variable solo se muestra esquemáticamente en las FIGS. 7 a 9 desde diferentes ángulos. La solución técnica de la presente divulgación se describirá en detalle a continuación con referencia a los dibujos mencionados anteriormente.
Haciendo referencia a la FIG. 1, la presente solicitud en esta memoria proporciona un intercambiador de calor de carcasa y tubos, en donde la estructura se muestra en una vista lateral en sección transversal. El intercambiador de calor de carcasa y tubos 100 incluye una carcasa 120 y un haz de tubos de intercambio de calor 110 dispuesto en la carcasa 120 en una dirección axial X. Por supuesto, el intercambiador de calor de carcasa y tubos 100 también puede incluir estructuras más maduras y convencionales de la técnica relacionada, tales como placas de soporte que soportan dos extremos del haz de tubos de intercambio de calor, y un visor para observar un estado operativo interno, que no se describirá de nuevo en la presente memoria.
Aunque no se muestra en el dibujo, el intercambiador de calor de carcasa y tubos 100 tiene generalmente una estructura cilíndrica, y una entrada de líquido 122 y una salida de vapor 121 se disponen en una cara de pared circunferencial cilíndrica para que fluya refrigerante en fase líquida y para que fluya refrigerante en fase gaseosa (probablemente mezclado con una pequeña cantidad de gotitas). En un estado instalado, la salida de vapor 121 se dispone típicamente en una cara de pared superior de la carcasa 120, y la entrada de líquido 122 se dispone típicamente en una cara de pared inferior de la carcasa 120. Además, una parte de recogida de líquido que se comunica con el haz de tubos de intercambio de calor 110 se proporciona normalmente en cada uno de ambos extremos de la estructura cilíndrica del intercambiador de calor de carcasa y tubos 100 para la entrada y salida del medio en el haz de tubos.
Más críticamente, el haz de tubos de intercambio de calor 110 incluye una pluralidad de primeros tubos de intercambio de calor 111 ubicados en una parte superior y una pluralidad de segundos tubos de intercambio de calor 112 ubicados en una parte inferior. La pluralidad de los primeros tubos de intercambio de calor 111 tiene un primer espaciamiento m entre los mismos, la pluralidad de los segundos tubos de intercambio de calor 112 tiene un segundo espaciamiento n entre los mismos, y el primer espaciamiento m es diferente del segundo espaciamiento n. Bajo esta disposición, cambiando los espaciamientos entre los tubos de intercambio de calor superiores 111 con respecto a los espaciamientos entre los tubos de intercambio de calor inferiores 112, se puede reducir efectivamente una inclinación de chorro 1 y/o una velocidad de chorro de un chorro de medio, o el chorro se puede bloquear efectivamente para aliviar el problema de transferencia de líquido, mejorando adicionalmente el rendimiento del compresor y el rendimiento del sistema.
Debe saberse que en lo anterior, se usan números de orden diferentes para denominar los primeros tubos de intercambio de calor 111 y los segundos tubos de intercambio de calor 112 principalmente con el fin de distinguir sus posiciones de instalación, y no se requiere que sean diferentes en términos de estructura o tamaño. Siempre que se cumpla el concepto de la presente solicitud, es decir, que se consiga el objetivo de tener diferentes holguras entre los primeros tubos de intercambio de calor 111 y los segundos tubos de intercambio de calor 112, cualquier modificación que entre en el ámbito de las reivindicaciones adjuntas debería incluirse en el ámbito de protección de la presente solicitud. Por ejemplo, el objetivo puede conseguirse mejorando la estructura del tubo de intercambio de calor, o mejorando su disposición, o incluso mediante cambios en otros aspectos. De manera similar, los primeros tubos de intercambio de calor 111 tampoco están necesariamente obligados a ser una pluralidad de tubos de intercambio de calor que tienen el mismo diámetro, y también pueden ser una pluralidad de tubos de intercambio de calor que tienen diferentes diámetros. Los ejemplos mencionados anteriormente de mejoras realizadas a los tubos de intercambio de calor desde diferentes aspectos están en línea con el alcance de la presente solicitud, los primeros tubos de intercambio de calor y los segundos tubos de intercambio de calor no deben requerir restrictivamente que se distingan necesariamente en estructura, y el conjunto del tipo de tubos de intercambio de calor representados por los primeros tubos de intercambio de calor tampoco se requiere que sean necesariamente completamente idénticos en estructura.
Por lo tanto, sobre la base de la realización anterior, también se pueden realizar varias modificaciones en el haz de tubos de intercambio de calor en el intercambiador de calor de carcasa y tubos para obtener efectos técnicos similares o efectos técnicos adicionales, que se describirán a continuación a modo de ejemplo.
Por ejemplo, para un primer caso en el que el primer espaciamiento m es diferente del segundo espaciamiento n, es decir, cuando el primer espaciamiento m se establece para que sea mayor que el segundo espaciamiento n, una inclinación de chorro 1 y/o una velocidad de chorro del chorro de medio en el primer espaciamiento m en el intercambiador de calor de carcasa y tubos 100 es menor que una inclinación de chorro 1 y/o una velocidad de chorro del chorro de medio en el segundo espaciamiento n, de tal manera que el chorro de medio se expulsa hacia los dos lados de la carcasa y tan lejos de la salida de vapor en la parte superior como sea posible, o que la velocidad del chorro de medio es insuficiente para que el chorro sea introducido en la salida de vapor por el refrigerante en fase gaseosa, logrando de este modo el efecto de reducir el transferencia de líquido.
Por otro ejemplo, para un segundo caso en el que el primer espaciamiento m es diferente al segundo espaciamiento n, es decir, cuando el primer espaciamiento m se establece para que sea más pequeño que el segundo espaciamiento n, un espaciamiento más pequeño significa que un espacio para que el chorro de medio sea expulsado hacia el exterior se hace más pequeño, de modo que el chorro de medio es bloqueado al menos parcialmente por los primeros tubos de intercambio de calor 111, logrando de este modo el efecto de reducir el transferencia de líquido.
El espaciamiento grande o el espaciamiento pequeño mencionado en lo anterior se puede implementar de diversas maneras, que se explicarán a modo de ejemplo de la siguiente manera.
Por ejemplo, el primer espaciamiento m puede aumentarse al reducir una densidad de disposición de la pluralidad de los primeros tubos de intercambio de calor 111, o el primer espaciamiento m puede aumentarse aumentando un paso horizontal m1 de los primeros tubos de intercambio de calor 111, o el primer espaciamiento m puede aumentarse aumentando un paso vertical m2 de los primeros tubos de intercambio de calor 111; por supuesto, los tres métodos también pueden combinarse arbitrariamente, o pueden usarse otros medios técnicos no descritos en esta memoria pero también en línea con el alcance de la presente solicitud. Similarmente, el primer espaciamiento m puede disminuirse aumentando una densidad de disposición de la pluralidad de los primeros tubos de intercambio de calor 111, o el primer espaciamiento m puede disminuirse disminuyendo un paso horizontal m1 de los primeros tubos de intercambio de calor 111, o el primer espaciamiento m puede disminuirse disminuyendo un paso vertical m2 de los primeros tubos de intercambio de calor 111; por supuesto, los tres métodos también pueden combinarse arbitrariamente, o pueden usarse otros medios técnicos no descritos en esta memoria pero también en línea con el alcance de la presente solicitud.
Para otro ejemplo, una dirección del cambio del espaciamiento mencionado en lo anterior no está limitada estrictamente, siempre que el objeto de bloquear el chorro de medio o afectar a su velocidad de flujo y dirección de flujo pueda lograrse finalmente. Por lo tanto, como ya se ha mencionado anteriormente, el primer espaciamiento m puede representar el espaciamiento vertical entre una pluralidad de primeros tubos de intercambio de calor 111 en la misma columna, o el espaciamiento horizontal entre una pluralidad de primeros tubos de intercambio de calor 111 en la misma fila, o el espaciamiento diagonal entre los primeros tubos de intercambio de calor en una disposición escalonada.
Además, uno de los puntos principales del cambio de espaciamiento del haz de tubos de intercambio de calor es la comparación y el cambio del espaciamiento, es decir, se espera que el espaciamiento de los tubos de intercambio de calor superiores se cambie con relación al espaciamiento de los tubos de intercambio de calor inferiores. Solo entonces puede afectarse el chorro de medio generado desde la parte inferior del refrigerante en fase líquida. Por lo tanto, con el fin de garantizar que pueda conseguirse este efecto, una pluralidad de primeros tubos de intercambio de calor 111 ubicados en la parte superior del haz de tubos de intercambio de calor 110 pueden disponerse en una o más filas de arriba a abajo, pero al mismo tiempo, el número de filas de los primeros tubos de intercambio de calor superiores preferiblemente no excede el número de filas de segundos tubos de intercambio de calor inferiores.
A continuación, se enumerará una serie de modificaciones de diseño específicas del haz de tubos intercambiadores de calor realizadas sobre la base de los métodos de diseño mencionados anteriormente, cada una de las cuales puede lograr efectos técnicos similares o efectos técnicos adicionales.
Con referencia de nuevo a la FIG. 1, se puede saber que el haz de tubos de intercambio de calor 110a usado para la descripción ejemplar en lo anterior adopta una solución de aumentar el primer espaciamiento m. Específicamente, el primer espaciamiento m se aumenta al reducir la densidad de disposición de la pluralidad de los primeros tubos de intercambio de calor 111a y al aumentar el paso horizontal (en la presente memoria, una línea de conexión entre centros de círculo de tubos circulares adyacentes) de los primeros tubos de intercambio de calor 111a en relación con los segundos tubos de intercambio de calor 112a simultáneamente, logrando de este modo el objetivo de disminuir la inclinación de chorro 1 y/o la velocidad de chorro, y finalmente mejorando el problema de transferencia de líquido.
Cambiando a la FIG. 2, el haz de tubos de intercambio de calor 110b también adopta una solución de aumentar el primer espaciamiento m. Específicamente, el primer espaciamiento m se aumenta al reducir la densidad de disposición de la pluralidad de los primeros tubos de intercambio de calor 111b y al aumentar el paso horizontal (en la presente memoria, una línea de conexión entre centros geométricos de tubos ovalados adyacentes) de los primeros tubos de intercambio de calor 111b en relación con los segundos tubos de intercambio de calor 112b simultáneamente, logrando de este modo el objetivo de disminuir la inclinación de chorro 1 y/o la velocidad de chorro, y finalmente mejorar el problema de transferencia de líquido.
Con referencia de nuevo a la FIG. 3, el haz de tubos de intercambio de calor 110c también adopta una solución de aumentar el primer espaciamiento m. las inclinaciones horizontal y vertical de los primeros tubos de intercambio de calor 111c con relación a los segundos tubos de intercambio de calor 112c se ven afectadas al cambiar la densidad de disposición vertical, y el primer espaciamiento m se aumenta finalmente, logrando de este modo el objetivo de disminuir la inclinación de chorro 1 y/o la velocidad de chorro, y finalmente mejorar el problema de transferencia de líquido.
Con referencia continua a la FIG. 4, el haz de tubos de intercambio de calor 110d adopta una solución de disminuir el primer espaciamiento m. Específicamente, el primer espaciamiento m se disminuye al aumentar la densidad de disposición de la pluralidad de los primeros tubos de intercambio de calor 111d y al disminuir el paso horizontal (en la presente memoria, una línea de conexión entre centros de círculo de tubos circulares adyacentes) de los primeros tubos de intercambio de calor 111d en relación con los segundos tubos de intercambio de calor 112d simultáneamente, logrando de este modo el objetivo de bloquear el chorro de medio para que no sea expulsado hacia el exterior, y finalmente mejorar el problema de transferencia de líquido.
Haciendo referencia a continuación a la FIG. 5, que es una vista superior esquemática de un intercambiador de calor de carcasa y tubos, el haz de tubos de intercambio de calor 110e adopta una solución de disminuir el primer espaciamiento m. Específicamente, aunque la densidad de disposición de los primeros tubos de intercambio de calor 111e aquí es menor que la de los segundos tubos de intercambio de calor 112e, considerando su propio diseño de contorno perfilado (en esta memoria, presentado como tubo de intercambio de calor rectangular), si los segundos tubos de intercambio de calor 112e (en esta memoria, presentado como tubo de intercambio de calor circular) también adoptan este tipo de estructura, la densidad de disposición de los primeros tubos de intercambio de calor 111e todavía será relativamente alta de manera que se disminuya el primer espaciamiento m, logrando así el objetivo de bloquear el chorro de medio de ser expulsado al exterior, y finalmente mejorar el problema de transferencia de líquido.
Finalmente, haciendo referencia a la FIG. 6, el haz de tubos de intercambio de calor 110f adopta una solución de disminuir el primer espaciamiento m. El primer espaciamiento m de los primeros tubos de intercambio de calor 111f es un espaciamiento diagonal, el segundo espaciamiento de los segundos tubos de intercambio de calor 112f es un espaciamiento diagonal n, y m es más pequeño que n. Específicamente, los primeros tubos de intercambio de calor 111f se diseñan para tener un diámetro variable de manera que los primeros tubos de intercambio de calor 111f tienen tanto un diámetro mayor como un diámetro menor que los segundos tubos de intercambio de calor 112f. En esta disposición combinada, el primer espaciamiento m se disminuye aumentando la densidad de la disposición de la pluralidad de primeros tubos de intercambio de calor 111f y reduciendo las inclinaciones horizontal y vertical de los primeros tubos de intercambio de calor 111f con respecto a los segundos tubos de intercambio de calor 112f simultáneamente, logrando así el objetivo de bloquear el chorro de medio de ser expulsado hacia el exterior, y finalmente mejorando el problema de transferencia de líquido.
Cualquiera de los anteriores o una combinación de los mismos puede aliviar o mejorar eficazmente el problema de transferencia de líquido en el intercambiador de calor de carcasa y tubos desde la perspectiva del haz de tubos de intercambio de calor. Sobre esta base, la presente solicitud proporciona más realizaciones para aliviar o mejorar el problema del transferencia de líquido en el intercambiador de calor de carcasa y tubos desde otras perspectivas.
Con referencia a las FIGS. 7 a 9, se proporciona otra realización de un intercambiador de calor de carcasa y tubos, en donde la estructura se muestra en una vista lateral en sección transversal. El intercambiador de calor de carcasa y tubos 100 incluye una carcasa 120 y un haz de tubos de intercambio de calor 110 dispuesto en la carcasa 120 en una dirección axial X. Por supuesto, el intercambiador de calor de carcasa y tubos 100 también puede incluir estructuras más maduras y convencionales de la técnica relacionada, tales como placas de soporte que soportan dos extremos del haz de tubos de intercambio de calor, y un visor para observar un estado operativo interno, que no se describirá de nuevo en la presente memoria.
El intercambiador de calor de carcasa y tubos 100 ilustrado tiene una estructura cilíndrica, y una entrada de líquido 122 y una salida de vapor 121 se disponen en una cara de pared circunferencial cilíndrica para que fluya refrigerante en fase líquida y para que fluya refrigerante en fase gaseosa (probablemente mezclado con una pequeña cantidad de gotitas). En un estado instalado, la salida de vapor 121 se dispone típicamente en una cara de pared superior de la carcasa 120, y la entrada de líquido 122 se dispone típicamente en una cara de pared inferior de la carcasa 120. Además, una parte de recogida de líquido que se comunica con el haz de tubos de intercambio de calor 110 se proporciona normalmente en cada uno de ambos extremos de la estructura cilíndrica del intercambiador de calor de carcasa y tubos 100 para la entrada y salida del medio en el haz de tubos.
Según la invención, el intercambiador de calor de carcasa y tubos 100 tiene un conjunto de deflector 130 que se dispone en una entrada de la salida de vapor 121 y tiene un deflector 131 capaz de ajustar un área de bloqueo. Bajo esta disposición, al proporcionar el conjunto de deflector 130 que tiene un área de bloqueo variable, el área de bloqueo se ajusta según sea necesario según un estado refrigerante en el intercambiador de calor de carcasa y tubos 100, de modo que se logra eficazmente un equilibrio entre el transferencia de líquido y una pérdida de presión excesiva, mejorando así el rendimiento del sistema.
Sobre la base de las realizaciones anteriores, también se pueden realizar varias modificaciones en los diversos componentes del conjunto de deflector del intercambiador de calor de carcasa y tubos o la relación de las posiciones de conexión del mismo, con el fin de obtener otros efectos técnicos, que se describirán a modo de ejemplo a continuación.
Por ejemplo, con referencia continua a las FIGS. 7 a 9, como una forma estructural específica del conjunto de deflector, incluye un soporte 132, un deflector 131 y una varilla de conexión 133. El soporte 132 sirve como miembro básico de todo el conjunto de deflector, un primer extremo del mismo puede fijarse a una pared interior de la salida de vapor 121 por tres patas de una manera como se muestra en el dibujo, y un segundo extremo del mismo puede ser en columna y se extiende en una cavidad interior del intercambiador de calor de carcasa y tubos desde el interior de la salida de vapor 121. El deflector 131 se conecta al segundo extremo del soporte 132 y puede ser accionado para cambiar el área de bloqueo. Aunque el área de bloqueo se cambia de forma pivotante en la realización ilustrada, bajo la enseñanza de esta solicitud, el área de bloqueo también se puede cambiar por medio de traslación o deslizamiento, que también se debe incluir en el alcance de esta solicitud. Además, como miembro de transmisión de accionamiento, la varilla de conexión 133 se conecta de manera pivotante al soporte 132 y al deflector 131, respectivamente. En este caso, un movimiento en vaivén de la varilla de conexión 133 con respecto a el soporte 132 se convertirá en un movimiento rotacional del deflector 131 con respecto a el soporte 132, realizando de este modo el cambio del área de bloqueo del deflector 131 al chorro de medio, de modo que el área de bloqueo se puede aumentar cuando el chorro de medio es fuerte para evitar el transferencia de líquido, y el área de bloqueo se puede disminuir cuando el chorro de medio es relativamente suave para reducir la pérdida de presión. En resumen, se logra efectivamente un equilibrio entre los dos.
De manera similar, con el fin de aliviar el transferencia de líquido y reducir la pérdida de presión, el deflector 131 también puede proporcionarse en secciones. Por ejemplo, tiene una sección de placa sólida intermedia 131a dividida en una dirección radial Y y una sección de placa perforada 131b dispuesta en una periferia exterior de la sección de placa sólida 131a. Bajo esta disposición, el chorro de medio que se expulsa directamente hacia el centro del lado de entrada de la salida de vapor se bloqueará directamente, mientras que para el chorro de medio que se expulsa indirectamente hacia la periferia exterior del lado de entrada de la salida de vapor, se puede usar un bloqueo de estrangulamiento tal como la placa perforada.
Además, con el fin de proporcionar un control en sección para el deflector 131 que tiene una pluralidad de secciones de deflector 131a, 131b, también se puede proporcionar una pluralidad de varillas de conexión 133a, 133b de manera correspondiente, y cada una de las varillas de conexión 133a, 133b se conecta de manera pivotante al soporte 132 y cada una de las secciones de deflector 131a, 131b, respectivamente. Bajo esta disposición, un movimiento en vaivén de cada varilla de conexión 133a, 133b con respecto al soporte 132 se convierte independientemente en un movimiento rotacional de cada sección de deflector 131a, 131b con respecto al soporte 132. Esto permite un control más diverso del área de bloqueo y refina su intervalo de ajuste.
Con referencia a las FIGS. 7 a 9, el conjunto de deflector se muestra en diferentes estados de trabajo, respectivamente. En la FIG. 7, el deflector 131 está en un estado parcialmente abierto en su conjunto, bloqueando así parcialmente el chorro de medio. En la FIG. 8, el deflector 131 está en un estado abierto máximo dentro de su intervalo de ajuste en su conjunto, logrando así un bloqueo máximo del chorro de medio. En la FIG. 9, la sección de placa sólida 131a del deflector 131 está en un estado abierto máximo dentro de su intervalo de ajuste, y la sección de placa perforada 131b de la misma está en un estado parcialmente abierto, logrando así un bloqueo máximo del chorro de medio en la parte media y un bloqueo parcial del chorro de medio en la parte periférica. Esta disposición logra una optimización del equilibrio entre resolver el problema del transferencia de líquido y resolver el problema de la pérdida de presión a través de estos ajustes ejemplares u otros ajustes no mostrados pero igualmente alcanzables.
Además, aunque no se muestra en los dibujos, la presente solicitud también proporciona una realización de un sistema de acondicionamiento de aire. El sistema de acondicionamiento de aire puede proveerse de cualquiera de las realizaciones del intercambiador de calor de carcasa y tubos 100 o una combinación de los mismos según los requisitos de aplicación, y por lo tanto también puede tener los efectos técnicos traídos por las soluciones técnicas anteriores, que por lo tanto no se describirán de nuevo.
Debe observarse que el intercambiador de calor de carcasa y tubos y otras partes del sistema de acondicionamiento de aire proporcionado según la presente solicitud pueden diseñarse, fabricarse y venderse por separado, o pueden ensamblarse y luego venderse como una totalidad.
En los ejemplos anteriores, se describe principalmente el intercambiador de calor de carcasa y tubos y el sistema de acondicionamiento de aire de la presente solicitud. Aunque solo se han descrito algunas de las realizaciones de la presente solicitud, los expertos en la técnica deben entender que la presente solicitud puede implementarse en muchas otras formas sin apartarse del alcance de la invención como se define por las reivindicaciones adjuntas. Por lo tanto, los ejemplos y realizaciones ilustrados deben considerarse ilustrativos en lugar de restrictivos, y la presente solicitud puede cubrir diversas modificaciones y sustituciones sin apartarse del alcance de la presente solicitud como se define por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Un intercambiador de calor de carcasa y tubos (100), que comprende:
una carcasa (120) provista de una entrada de líquido (122) y una salida de vapor (121), la salida de vapor se dispone en una parte superior de la carcasa; y
un haz de tubos de intercambio de calor (110) dispuesto en la carcasa en una dirección axial de la carcasa; en donde el haz de tubos de intercambio de calor comprende: una pluralidad de primeros tubos de intercambio de calor (111) ubicados en una parte superior, teniendo los primeros tubos de intercambio de calor un primer espaciamiento entre los mismos; y una pluralidad de segundos tubos de intercambio de calor (112) ubicados en una parte inferior, teniendo los segundos tubos de intercambio de calor un segundo espaciamiento entre los mismos;
en donde el primer espaciamiento es diferente del segundo espaciamiento, y
caracterizado por un conjunto de deflector (130) dispuesto en una entrada de la salida de vapor (121) y que tiene un deflector (131) capaz de ajustar un área de bloqueo, de modo que se puede lograr un equilibrio entre transferencia de líquido y pérdida de presión.
2. El intercambiador de calor de carcasa y tubos (100) según la reivindicación 1, en donde:
el primer espaciamiento es mayor que el segundo espaciamiento, de modo que una inclinación de chorro (1) y/o una velocidad de chorro de un chorro de medio en el primer espaciamiento es menor que una inclinación de chorro y/o velocidad de chorro del chorro de medio en el segundo espaciamiento; o
el primer espaciamiento es menor que el segundo espaciamiento, de modo que un chorro de medio es bloqueado al menos parcialmente por la pluralidad de los primeros tubos de intercambio de calor (111).
3. El intercambiador de calor de carcasa y tubos (100) según la reivindicación 2, en donde:
el primer espaciamiento se disminuye al aumentar una densidad de disposición de la pluralidad de los primeros tubos de intercambio de calor (111), y/o disminuir un paso horizontal de la pluralidad de los primeros tubos de intercambio de calor, y/o disminuir un paso vertical entre la pluralidad de los primeros tubos de intercambio de calor.
4. El intercambiador de calor de carcasa y tubos (100) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la pluralidad de los primeros tubos de intercambio de calor (111) ubicados en la parte superior del haz de tubos de intercambio de calor (110) se disponen en una o más filas de arriba abajo, y el número de filas de los primeros tubos de intercambio de calor no es mayor que el número de filas de la pluralidad de los segundos tubos de intercambio de calor (112).
5. El intercambiador de calor de carcasa y tubos (100) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el primer espaciamiento es un espaciamiento vertical entre una pluralidad de los primeros tubos de intercambio de calor (111) en una misma columna, o un espaciamiento horizontal entre una pluralidad de los primeros tubos de intercambio de calor en una misma fila, o un espaciamiento diagonal entre los primeros tubos de intercambio de calor en una disposición escalonada.
6. El intercambiador de calor de carcasa y tubos (100) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde los primeros tubos de intercambio de calor (111) son una pluralidad de tubos de intercambio de calor que tienen el mismo diámetro o una pluralidad de tubos de intercambio de calor que tienen diferentes diámetros.
7. El intercambiador de calor de carcasa y tubos (100) según cualquier reivindicación precedente, en donde el conjunto de deflector (130) comprende:
un soporte (132), cuyo primer extremo se fija a la salida de vapor (121), y cuyo segundo extremo se extiende desde la salida de vapor hacia la parte interna del intercambiador de calor (100);
un deflector (131), que se conecta al segundo extremo del soporte y es accionado para cambiar el área de bloqueo; y
una varilla de conexión (133), cuyos dos extremos se conectan al soporte (131) y el deflector (132) respectivamente, en donde un movimiento en vaivén de la varilla de conexión con respecto al soporte provoca un movimiento rotacional del deflector con respecto al soporte.
8. El intercambiador de calor de carcasa y tubos (100) según la reivindicación 7, en donde el deflector (131) comprende una placa sólida (131a) en el centro y una placa perforada (131b) dispuesta en una periferia exterior de la placa sólida.
9. El intercambiador de calor de carcasa y tubos (100) según la reivindicación 7 u 8, en donde el deflector (131) se divide en una pluralidad de secciones de deflector (131a, 131b) en una dirección radial, y el conjunto de deflector comprende: una pluralidad de varillas de conexión (133a, 133b), cada una de las cuales se conecta al soporte (132) y cada una de las secciones de deflector del deflector respectivamente; en donde un movimiento en vaivén de cada una de las varillas de conexión con respecto al soporte provoca independientemente un movimiento rotacional de cada una de las secciones de deflector con respecto al soporte.
10. Un sistema de acondicionamiento de aire, que comprende: el intercambiador de calor de carcasa y tubos (100) según cualquier reivindicación precedente.
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