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ES2955923T3 - Intercambiador de calor - Google Patents

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ES2955923T3
ES2955923T3 ES18842154T ES18842154T ES2955923T3 ES 2955923 T3 ES2955923 T3 ES 2955923T3 ES 18842154 T ES18842154 T ES 18842154T ES 18842154 T ES18842154 T ES 18842154T ES 2955923 T3 ES2955923 T3 ES 2955923T3
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ES
Spain
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flat tubes
heat exchange
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refrigerant
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Active
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ES18842154T
Other languages
English (en)
Inventor
Hideaki Tatenoi
Yoshihiro Hara
Yasutaka Aoki
Masayuki Sakai
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
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Publication date
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Abstract

El propósito es asegurar la capacidad de evaporación suprimiendo la pérdida de transferencia de calor cuando hay una desviación en la formación de escarcha que avanza desde una fila delantera y una desviación en la distribución de refrigerante desde un cabezal hacia los tubos planos. Un intercambiador de calor 1 comprende una pluralidad de tubos planos 11, aletas 12 dispuestas en los tubos planos 11 y un cabezal 13 (o 23) colocado en la dirección vertical D1 en la que los tubos planos 11 están apilados y conectados a los tubos planos 11. , y el intercambiador de calor funciona como un evaporador que hace que se intercambie calor entre el aire y el refrigerante que fluye hacia los tubos planos 11 a través del cabezal y hace que el refrigerante se evapore. Están dispuestos un elemento de intercambio de calor de la fila delantera 10 que comprende tubos planos 11, aletas 12 y el cabezal 13, y un elemento de intercambio de calor de la fila trasera 20 que comprende tubos planos 11, aletas 12 y el cabezal 23. El área de la sección transversal del canal de flujo del cabezal de la fila delantera 13 colocado en la fila delantera F es menor que el área de la sección transversal del canal de flujo del cabezal de la fila trasera 23 colocado en la fila trasera R de modo que el caudal del refrigerante que fluye en el cabezal de la fila delantera 13 es mayor que el caudal del refrigerante que fluye en el cabezal de la fila trasera 23. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Intercambiador de calor
Campo técnico
La presente invención se refiere a un intercambiador de calor usado en, por ejemplo, un aire acondicionado, un congelador, un congelador para el transporte y un calentador de agua.
Antecedentes de la técnica
Un intercambiador de calor en el que fluye un refrigerante a través de cada uno de una pluralidad de tubos planos apilados se usa en un aparato tal como un aire acondicionado y un congelador, y constituye un circuito de refrigerante del aparato.
El intercambiador de calor tiene una configuración en la que la pluralidad de tubos planos están ensamblados en una aleta corrugada o en forma de placa y un par de cabezales. Ambas partes de extremo de cada uno de los tubos planos están conectadas a los cabezales respectivos, y el refrigerante introducido en los cabezales desde una tubería del circuito de refrigerante se distribuye a cada uno de los tubos planos. El calor se intercambia entre el refrigerante que fluye a través de los tubos planos y el aire que fluye hacia los huecos entre las aletas y los tubos planos desde una dirección ortogonal al flujo del refrigerante.
En caso de que el intercambiador de calor funcione como evaporador, el refrigerante de un flujo bifásico gas-líquido fluye hacia los cabezales. Dentro de los cabezales, la distribución de un refrigerante en fase gaseosa y un refrigerante en fase líquida que tiene una densidad mayor que la densidad del refrigerante en fase gaseosa se desvía fácilmente en una dirección de apilamiento de los tubos planos. Por consiguiente, un estado de distribución del refrigerante a cada uno de los tubos planos se desvía fácilmente.
Para uniformar la cantidad de transferencia de calor en todo el cuerpo apilado, incluidos los tubos planos y las aletas, además de uniformar dicho estado de distribución del refrigerante y, en consecuencia, lograr el rendimiento necesario de manera suficiente, establecimiento de trayectorias a través de las cuales el refrigerante fluye eficientemente en los cabezales y los tubos planos, una configuración de cada uno de los cabezales, una forma de cada una de las aletas y similares se han ideado de diversas formas.
Para asegurar un área de transferencia de calor necesaria para un rendimiento de intercambio de calor predeterminado, una pluralidad de filas de elementos de intercambio de calor (cada uno de los conjuntos incluye tubos planos y aletas) están dispuestas en una dirección que conecta un lado de barlovento y un lado de sotavento en algunos casos (por ejemplo, la bibliografía de patentes 1).
En la bibliografía de patentes 1, no se proporciona un cabezal individual en el lado de barlovento (fila delantera) y el lado de sotavento (fila trasera), y los tubos planos en la fila delantera y los tubos planos en la fila trasera están conectados a cabezales comunes. Se proporciona una gran cantidad de placas divisorias horizontales dentro de cada uno de los cabezales. El tubo plano de la fila delantera y el tubo plano de la fila trasera en la misma zona en la dirección de apilamiento de los tubos planos se comunican con la misma sección dividida por las placas divisorias horizontales. El refrigerante que ha fluido desde la tubería de refrigerante hacia cada una de las secciones dentro de cada uno de los cabezales fluye a través de los tubos planos en la fila delantera y la fila trasera en cada zona.
La bibliografía de patentes 2 divulga un intercambiador de calor de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
Lista de citas
Bibliografía de patentes
Bibliografía de patentes 1: JP 5840291 B2
Bibliografía de patentes 2: WO2016/121123A1
Sumario de la invención
Problema técnico
Cuando se proporciona la gran cantidad de placas divisorias dentro de cada uno de los cabezales, la pérdida de transferencia de calor causada por la desviación de la distribución del refrigerante se puede suprimir, pero se aumenta el número de piezas. Incluso en el caso de que los cabezales se compartan por la fila delantera y la fila trasera como en la bibliografía de patentes 1, siguen siendo necesarias las placas divisorias correspondientes al número de zonas, y se aumenta el número de piezas. Por lo tanto, es preferible evitar que el interior de cada uno de los cabezales quede finamente dividido por las placas divisorias.
Además, en el intercambiador de calor que funciona como evaporador en invierno, la escarcha progresa desde la fila trasera que tiene una temperatura muy diferente a la del aire. Por lo tanto, no se puede evitar la desviación del estado de escarcha entre la fila delantera y la fila trasera. Por tanto, si se cierra un paso de aire con escarcha en la fila delantera y se reduce el caudal de aire en la fila trasera, la fila trasera que puede realizar el intercambio de calor porque la cantidad de escarcha aún es pequeña no puede funcionar antes.
Por consiguiente, un objeto de la presente invención es proporcionar un intercambiador de calor que pueda asegurar el rendimiento de la evaporación mientras suprime la pérdida de transferencia de calor en un estado en el que hay desviación de la escarcha que avanza desde la fila delantera y desviación de la distribución de refrigerante desde los cabezales a cada uno de los tubos planos.
Solución al problema
Un primer intercambiador de calor de acuerdo con la presente invención es un intercambiador de calor que incluye una pluralidad de tubos planos apilados, aletas dispuestas en los tubos planos, y cabezales que se erigen en una dirección de apilamiento en la que se apilan los tubos planos y se conectan a los tubos planos. El intercambiador de calor funciona como un evaporador que provoca el intercambio de calor entre el aire y el refrigerante que fluye hacia los tubos planos a través de los cabezales, para evaporar el refrigerante. Unos elementos de intercambio de calor, cada uno de los cuales incluye los tubos planos, las aletas y los cabezales, están dispuestos en una fila delantera situada en un lado aguas arriba del flujo de aire y una fila trasera situada en un lado aguas abajo del flujo de aire. El área de sección transversal de la trayectoria de flujo de cada uno de los cabezales de fila delantera que son los cabezales en la fila delantera es más pequeña que el área de sección transversal de la trayectoria de flujo de cada uno de los cabezales de fila trasera que son los cabezales en la fila trasera, de modo que una velocidad de flujo del refrigerante que fluye a través de cada uno de los cabezales de fila delantera es mayor que una velocidad de flujo del refrigerante que fluye a través de cada uno de los cabezales de fila trasera.
El primer intercambiador de calor de acuerdo con la presente invención preferentemente incluye además una porción divisoria configurada para dividir el interior de al menos cualquiera de los cabezales de fila delantera y los cabezales de fila trasera al extenderse en la dirección de apilamiento, y el área de sección transversal de la trayectoria del flujo se establece preferentemente por la porción divisoria.
En el primer intercambiador de calor de acuerdo con la presente invención, un ancho de cada uno de los tubos planos en la fila trasera en la dirección de flujo del aire es preferentemente más ancho que el ancho de cada uno de los tubos planos en la fila delantera en la dirección de flujo del aire.
En el primer intercambiador de calor de acuerdo con la presente invención, los elementos de intercambio de calor incluyen preferentemente dos o más elementos de intercambio de calor conectados en serie, y un elemento de intercambio de calor de los elementos de intercambio de calor en el lado más aguas abajo está ubicado preferentemente en la fila delantera.
En el primer intercambiador de calor de acuerdo con la presente invención, los elementos de intercambio de calor incluyen preferentemente tres o más elementos de intercambio de calor conectados en serie, y un elemento de intercambio de calor de los elementos de intercambio de calor en el lado más aguas arriba está ubicado preferentemente en la fila delantera.
Efectos ventajosos de la invención
De acuerdo con la presente invención, como se describe a continuación, se puede equilibrar una cantidad de transferencia de calor en la dirección de apilamiento (dirección hacia arriba y hacia abajo) de los tubos planos como un todo de la fila delantera y la fila trasera. Por lo tanto, incluso cuando no se proporciona la placa divisoria para la uniformización de la distribución del refrigerante, se puede evitar el deterioro del rendimiento del intercambio de calor debido a la desviación de la distribución del refrigerante. De forma adicional, incluso en un estado de funcionamiento en el que se produce escarcha, se puede prolongar un tiempo antes de que la operación cambie a la operación de descongelación mientras la capacidad de intercambio de calor permanece al menos en un lado de zona inferior en la fila trasera.
Breve descripción de los dibujos
[Figura 1] La figura 1 es una vista en perspectiva que ilustra esquemáticamente un intercambiador de calor de acuerdo con una primera realización.
[Figura 2] La figura 2 es un diagrama esquemático para explicar la diferencia entre la velocidad de flujo de un refrigerante que fluye a través de un cabezal de fila delantera y la velocidad de flujo de un refrigerante que fluye a través de un cabezal de fila trasera ilustrado en la figura 1.
[Figuras 3A a 3C] Las figuras 3A a 3C son gráficos que ilustran un estado de distribución de un refrigerante en fase líquida a tubos planos en cada una de las filas delantera y trasera a los respectivos caudales de refrigerante.
[Figura 4] La figura 4 es un diagrama esquemático para explicar la acción del intercambiador de calor ilustrado en la figura 1.
[Figura 5] La figura 5 es un diagrama esquemático que ilustra un cabezal de fila delantera y un cabezal de fila trasera de acuerdo con una modificación de la primera realización.
[Figura 6] La figura 6 es un diagrama esquemático que ilustra un elemento de intercambio de calor en una fila delantera y un elemento de intercambio de calor en una fila trasera de acuerdo con otra modificación de la primera realización.
[Figuras 7A a 7D] La figura 7A es un diagrama esquemático que ilustra un intercambiador de calor de acuerdo con una segunda realización, la figura 7B es un diagrama esquemático que ilustra un intercambiador de calor de acuerdo con una modificación de la segunda realización, y las figuras 7C y 7D son diagramas que ilustran la distribución de refrigerante en fase líquida en un caso donde la sequedad es alta.
[FIGS. 8A y 8B] La figura 8A es un diagrama esquemático que ilustra un intercambiador de calor de acuerdo con una tercera realización que no está de acuerdo con la invención, y la figura 8B es un diagrama esquemático que ilustra una modificación de la tercera realización.
[FIGS. 9A y 9B] Las figuras 9A y 9B son diagramas esquemáticos donde cada uno ilustra un intercambiador de calor de acuerdo con una cuarta realización, que no está de acuerdo con la invención, sin ilustración de aletas.
Descripción de las realizaciones
Algunas realizaciones de la presente invención se describen a continuación con referencia a los dibujos adjuntos.
[Primera realización]
Un intercambiador de calor 1 ilustrado en la figura 1 incluye un elemento de intercambio de calor de fila delantera 10 y un elemento de intercambio de calor de fila trasera 20. El intercambiador de calor 1 constituye un circuito de refrigerante de un aire acondicionado, un congelador, un calentador de agua, o similar. El circuito de refrigerante incluye un compresor, un condensador, una unidad de descompresión, y el intercambiador de calor 1 que sirve como evaporador.
Como se describe a continuación, el intercambiador de calor 1 de acuerdo con la presente realización suprime el deterioro del rendimiento del intercambio de calor al tiempo que acepta la desviación de la distribución de refrigerante desde los cabezales 13 y 23 a cada uno de los tubos planos 11 y la desviación de escarcha.
(Elemento de intercambio de calor)
El elemento de intercambio de calor de fila delantera 10 incluye la pluralidad de tubos planos apilados 11 (tubos), una pluralidad de aletas 12 y un par de cabezales de fila delantera 13 (13A y 13B) conectados a los tubos planos 11.
El elemento de intercambio de calor de fila delantera 10 intercambia calor entre un refrigerante que fluye hacia cada uno de los tubos planos 11 a través de uno (13A) de los cabezales de fila delantera 13 y el aire que fluye hacia los huecos entre las aletas 12 y los tubos planos 11 desde una dirección ortogonal a los tubos planos 11.
Al igual que con el elemento de intercambio de calor de fila delantera 10, el elemento de intercambio de calor de fila trasera 20 incluye la pluralidad de tubos planos apilados 11, la pluralidad de aletas 12 y el par de cabezales de fila trasera 23 (23A y 23B) conectados a los tubos planos 11. El elemento de intercambio de calor de fila trasera 20 intercambia calor entre un refrigerante que fluye hacia cada uno de los tubos planos 11 a través de uno (23A) de los cabezales de la fila trasera 23 y el aire.
Los tubos planos 11 y la aleta 12 son componentes comunes al elemento de intercambio de calor de fila delantera 10 y al elemento de intercambio de calor de fila trasera 20.
En este ejemplo, una dirección en la que se apilan los tubos planos 11 (dirección de apilamiento) se denomina dirección hacia arriba y hacia abajo DI.
Además, en el flujo del aire sometido a intercambio de calor con el refrigerante que fluye a través de los tubos planos 11, un lado aguas arriba se denomina "frontal" y un lado aguas abajo se denomina "trasero". El aire aspirado por un ventilador no ilustrado o similar se suministra preferentemente a toda una región del intercambiador de calor 1.
El elemento de intercambio de calor de fila delantera 10 y el elemento de intercambio de calor de fila trasera 20 están dispuestos en la dirección del flujo de aire (ilustrado por la flecha vacía). En cada uno de los dibujos, la fila delantera se indica con una "F" y la fila trasera se indica con una "R".
El elemento de intercambio de calor de fila delantera 10 y el elemento de intercambio de calor de fila trasera 20 están conectados a tuberías del circuito de refrigerante en paralelo. El refrigerante del mismo caudal fluye a través del elemento de intercambio de calor de fila delantera 10 y el elemento de intercambio de calor de fila trasera 20.
El intercambiador de calor 1 incluye los elementos de intercambio de calor 10 y 20 en al menos una parte del mismo. El intercambiador de calor 1 puede incluir, sin ilustrar, otro elemento de intercambio de calor además de los elementos de intercambio de calor 10 y 20.
(Tubo plano)
Cada uno de los tubos planos 11 es un tubo plano a través del cual fluye el refrigerante, tiene una longitud predeterminada y se extiende linealmente. Ambas partes de extremo de cada uno de los tubos planos 11 están conectadas a los respectivos cabezales 13 (o respectivos cabezales 23). Cada uno de los cabezales 13 y 23 incluye orificios de inserción (no ilustrados), cada uno de los cuales recibe la parte de extremo correspondiente de los tubos planos 11 en el interior de los cabezales 13 y 23.
La pluralidad de tubos planos 11 se apilan en paralelo entre sí con intervalos predeterminados en la dirección hacia arriba y hacia abajo D1. Las partes de extremo de cada uno de los tubos planos 11 se abren dentro de los respectivos cabezales 13 (o respectivos cabezales 23).
(Aleta)
Cada una de las aletas 12 de acuerdo con la presente realización tiene una forma exterior similar a una placa sustancialmente rectangular, y se proporcionan en los tubos planos 11 para aumentar el área superficial que entra en contacto con el aire.
Cada una de las aletas 12 incluye una pluralidad de muescas 121 en las que se insertan los respectivos tubos planos 11.
Las aletas 12 de la fila delantera F y las aletas 12 de la fila trasera R pueden tener formas diferentes.
La figura 1 ilustra solo una parte de las aletas 12 en cada una de la fila delantera F y la fila trasera R. La gran cantidad de aletas 12 están realmente provistas en el cuerpo apilado de los tubos planos 11 con intervalos en la dirección longitudinal de los tubos planos 11 en cada una de las filas delantera F y trasera R.
En lugar de las aletas 12 en forma de placa, el otro tipo de aletas se puede proporcionar en los tubos planos 11. Por ejemplo, se puede proporcionar una aleta corrugada entre los tubos planos 11 adyacentes en la dirección hacia arriba y hacia abajo D1.
Los miembros que configuran el intercambiador de calor 1, tal como los tubos planos 11, las aletas 12, los cabezales de fila delantera 13 y los cabezales de fila trasera 23 están hechos de un material metálico tal como una aleación de aluminio y una aleación de cobre. Estos miembros se integran usando un material de unión, tal como un metal de aporte para soldadura fuerte, para constituir el intercambiador de calor 1.
(Cabezal de fila delantera)
El par de cabezales de fila delantera 13 se erigen en la dirección de apilamiento (D1) de los tubos planos 11 en la fila delantera F. Los tubos planos 11 en la fila delantera F están conectados a estos cabezales de fila delantera 13. Cada uno del par de cabezales de fila delantera 13 tiene una forma cilíndrica y tiene un extremo superior cerrado y un extremo inferior cerrado.
El refrigerante fluye hacia cada uno de los tubos planos 11 a través de uno (13A) del par de cabezales de fila delantera 13, y el refrigerante fluye hacia el otro (13B) del par de cabezales de fila delantera 13 desde cada uno de los tubos planos 11.
El cabezal de fila delantera 13A incluye una porción de introducción 131 que introduce el refrigerante desde una tubería de refrigerante no ilustrada o similar al interior del cabezal de fila delantera 13. El interior del cabezal de fila delantera 13A sirve como una trayectoria de flujo a través de la cual el refrigerante introducido a través de la porción de introducción 131 fluye hacia arriba.
La porción de introducción 131 se ubica preferentemente debajo del tubo plano 11 que está dispuesto en la parte más baja dentro del cabezal de fila delantera 13A porque un refrigerante en fase gaseosa que flota desde la porción de introducción 131 y un refrigerante líquido que se eleva junto con el refrigerante en fase gaseosa pueden fluir en todos los tubos planos 11, incluido el tubo plano 11 dispuesto en la parte más baja de la fila delantera F.
El refrigerante introducido en el cabezal de fila delantera 13A se distribuye y fluye hacia cada uno de los tubos planos 11 en la fila delantera F. Además, el calor se intercambia entre el aire que pasa a través de los huecos (pasos de aire) entre las aletas 12 y los tubos planos 11 y el refrigerante dentro de los tubos planos 11 mientras el refrigerante fluye a través de cada uno de los tubos planos 11 (flechas discontinuas en la figura 1). En este momento, el refrigerante que fluye a través de los tubos planos 11 se evapora absorbiendo el calor del aire.
El refrigerante que ha fluido a través de cada uno de los tubos planos 11 se combina dentro del cabezal de fila delantera 13B, y el refrigerante combinado sale del cabezal de fila delantera 13B a una tubería de refrigerante o similar fuera del intercambiador de calor 1. Como alternativa, en caso de que el intercambiador de calor 1 incluya el otro elemento de intercambio de calor conectado al cabezal de fila delantera 13B, el refrigerante sale del cabezal de fila delantera 13B al otro elemento de intercambio de calor.
(Cabezal de fila trasera)
Los cabezales de fila trasera 23 se describen brevemente porque los cabezales de fila trasera 23 tienen una configuración similar a la configuración de los cabezales de fila delantera 13, excepto que cada uno de los cabezales de fila trasera 23 tiene un área de sección transversal de la trayectoria de flujo diferente de un área de sección transversal de la trayectoria de flujo de cada uno de los cabezales de fila delantera 13.
El refrigerante fluye hacia cada uno de los tubos planos 11 en la fila trasera R a través de uno (23A) del par de cabezales de fila trasera 23, y el refrigerante fluye hacia el otro (23B) del par de cabezales de fila trasera 23 de cada uno de los tubos planos 11 en la fila trasera R.
El cabezal de fila trasera 23A incluye una porción de introducción 231 que introduce el refrigerante desde una tubería de refrigerante o similar al interior del cabezal de fila trasera 23.
El refrigerante introducido en el cabezal de fila trasera 23A a través de la porción de introducción 231 se distribuye y fluye hacia cada uno de los tubos planos 11 en la fila trasera R. El refrigerante que fluye a través de cada uno de los tubos planos 11 en la fila trasera R se somete a intercambio de calor con el aire que pasa por la fila delantera F. A partir de entonces, el refrigerante se combina dentro del cabezal de fila trasera 23B, y el refrigerante combinado sale del cabezal de fila trasera 23B a una tubería de refrigerante fuera del intercambiador de calor 1 o al otro elemento de intercambio de calor.
El intercambiador de calor 1 se usa básicamente en un estado en el que los cabezales de fila delantera 13 y los cabezales de fila trasera 23 están dispuestos a lo largo de la dirección hacia arriba y hacia abajo D1 (dirección vertical). En este momento, los tubos planos 11 se extienden en dirección horizontal y se apilan en la dirección hacia arriba y hacia abajo D1.
Obsérvese que los cabezales de fila delantera 13 y los cabezales de fila trasera 23 pueden estar ligeramente inclinados con respecto a la dirección hacia arriba y hacia abajo D1.
(Características principales de la presente realización)
La presente realización se caracteriza principalmente porque el área de sección transversal de la trayectoria de flujo Af (figura 2) de cada uno de los cabezales de fila delantera 13 es más pequeña que el área de sección transversal de la trayectoria de flujo Ar (figura 2) de cada uno de los cabezales de fila trasera 23 de manera que la velocidad de flujo del refrigerante que fluye a través de cada uno de los cabezales de fila delantera 13 es mayor que la velocidad de flujo del refrigerante que fluye a través de cada uno de los cabezales de fila trasera 23.
Cada uno de los cabezales de fila delantera 13 y los cabezales de fila trasera 23 de acuerdo con la presente realización incluye una trayectoria de flujo que tiene una sección transversal circular, y un diámetro interior de cada uno de los cabezales de fila delantera 13 es menor que un diámetro interior de cada uno de los cabezales de fila trasera 23.
Obsérvese que la forma de sección transversal de cada uno de los cabezales de fila delantera 13 y los cabezales de fila trasera 23 puede tener una forma opcional tal como una forma rectangular y una forma elíptica.
Como se ilustra en la figura 5, las áreas apropiadas de sección transversal de la trayectoria de flujo Af y Ar se pueden establecer instalando respectivamente placas divisorias verticales 14 y 24 dentro del cabezal de fila delantera 13 y el cabezal de fila trasera 23. Solo se puede instalar cualquiera de las placas divisorias verticales 14 y 24.
La placa divisoria vertical 14 se erige a lo largo de la dirección hacia arriba y hacia abajo D1 ortogonalmente a una superficie de papel de la figura 5, y divide el interior del cabezal de fila delantera 13 en una sección 141 en el lado de la porción de introducción 131 y una sección 142 en el lado de los tubos planos 11.
El refrigerante introducido desde la porción de introducción 131 en la sección 141 fluye hacia la sección 142 a través de una abertura 14A que penetra en una parte de extremo inferior de la placa divisoria vertical 14 en la dirección del espesor y se distribuye a cada uno de los tubos planos 11 mientras fluye hacia arriba dentro de la sección 142.
La placa divisoria vertical 24 tiene una configuración similar a la placa divisoria vertical 14 descrita anteriormente, y divide el interior del cabezal de fila trasera 23 en una sección 241 en el lado de la porción de introducción 231 y una sección 242 en el lado de los tubos planos 11. Se proporciona una abertura 24A en una parte de extremo inferior de la placa divisoria vertical 24.
Cuando las posiciones de las placas divisorias verticales 14 y 24 se establecen de modo que una dimensión G2 de un hueco entre la placa divisoria vertical 24 y la parte de extremo de cada uno de los tubos planos 11 sea mayor que una dimensión G1 de un hueco entre la placa divisoria vertical placa 14 y cada uno de los tubos planos 11, el área de sección transversal de la trayectoria de flujo Ar que es mayor que el área de sección transversal de la trayectoria de flujo Af de la sección 142 del cabezal de fila delantera 13 se puede proporcionar a la sección 242 de los cabezales de fila trasera 23.
(Acción por presente realización)
Como se ilustra en la figura 2, el refrigerante tras fluir, al caudal predeterminado, desde la tubería del circuito de refrigerante hacia el cabezal de fila delantera 13A a través de la porción de introducción 131 se distribuye a cada uno de los tubos planos 11 en la fila delantera mientras fluye hacia arriba dentro del cabezal de fila delantera 13A a la velocidad de flujo Vf correspondiente al área de sección transversal de la trayectoria de flujo Af del cabezal de fila delantera 13A.
En contraste, el refrigerante tras fluir, al mismo caudal que el caudal del refrigerante que fluye hacia la porción de introducción 131 del cabezal de fila delantera 13A, desde la tubería del circuito de refrigerante hacia el cabezal de fila trasera 23A a través de la porción de introducción 231 se distribuye a cada uno de los tubos planos 11 en la fila trasera mientras fluye hacia arriba dentro del cabezal de fila trasera 23A a la velocidad de flujo Vr correspondiente al área de sección transversal de la trayectoria de flujo Ar del cabezal de fila trasera 23A.
En este momento, dado que el caudal del refrigerante que fluye hacia el cabezal de fila delantera 13 a través de la porción de introducción 131 y el caudal del refrigerante que fluye hacia el cabezal de fila trasera 23 a través de la porción de introducción 231 son iguales entre sí y se cumple Af < Ar para las áreas de sección transversal de la trayectoria de flujo, se establece Vf > Vr para las velocidades de flujo.
En otras palabras, la velocidad de flujo Vf del refrigerante que fluye a través del cabezal de fila delantera 13A es mayor que la velocidad de flujo Vr del refrigerante que fluye a través del cabezal de fila trasera 23A.
Las longitudes de las flechas ilustradas en gris en la figura 2 representan esquemáticamente magnitudes relativas de las velocidades de flujo Vf y Vr.
El refrigerante de un flujo bifásico gas-líquido expandido al pasar a través de la unidad de descompresión del circuito de refrigerante fluye hacia el cabezal de fila delantera 13A y el cabezal de fila trasera 23A. Un componente en fase gaseosa del refrigerante se denomina refrigerante en fase gaseosa, y un componente en fase líquida del refrigerante se denomina refrigerante en fase líquida. El refrigerante en fase líquida se transporta hacia arriba al quedar atrapado en el refrigerante flotante en fase gaseosa. La densidad del refrigerante en fase líquida es mayor que la densidad del refrigerante en fase gaseosa. Por lo tanto, la distribución del refrigerante en fase gaseosa y el refrigerante en fase líquida en la dirección hacia arriba y hacia abajo D1 se desvía fácilmente en cada uno del cabezal de fila delantera 13a y el cabezal de fila trasera 23A.
Tal estado de distribución del refrigerante en fase gaseosa y el refrigerante en fase líquida es diferente entre el cabezal de fila delantera 13A y el cabezal de fila trasera 23A en función de la diferencia entre las velocidades de flujo Vf y Vr.
En el cabezal de fila delantera 13A que tiene la mayor velocidad de flujo Vf, el refrigerante en fase líquida se transporta a una parte superior en comparación con el cabezal de fila trasera 23A que tiene una velocidad de flujo Vr relativamente baja. Por consiguiente, un porcentaje del refrigerante en fase líquida al refrigerante en fase gaseosa es relativamente alto en la parte superior de la trayectoria de flujo desde un extremo inferior hasta un extremo superior del cabezal de fila delantera 13A, y el porcentaje del refrigerante en fase líquida al refrigerante en fase gaseosa es bajo en una parte inferior de la trayectoria de flujo. El refrigerante en fase líquida que hace una transición de fase a la fase gaseosa mientras fluye a través de los tubos planos 11 absorbe calor del aire en función del calor latente. Cuando el porcentaje de flujo del refrigerante en fase líquida es alto, la cantidad de transferencia de calor entre el aire y el refrigerante es grande.
Un ancho de cada una de las flechas grises ilustradas en la figura 2 representa el porcentaje de refrigerante en fase líquida con respecto al refrigerante en fase gaseosa en función del caudal. En el cabezal de fila delantera 13A, el porcentaje de flujo del refrigerante en fase líquida aumenta gradualmente a medida que sube desde un lado inferior.
En contraste, en el cabezal de fila trasera 23A que tiene la baja velocidad de flujo Vr, el refrigerante en fase líquida es difícil de llevar a la parte superior en comparación con el cabezal de fila delantera 13A. Por lo tanto, un intervalo en el que el refrigerante en fase líquida se transporta suficientemente desde la porción de introducción 231 está limitado a la parte inferior de la trayectoria de flujo del cabezal de fila trasera 23A.
Por consiguiente, al contrario que el cabezal de fila delantera 13A descrito anteriormente, el porcentaje del refrigerante en fase líquida a refrigerante en fase gaseosa es alto en la parte inferior de la trayectoria de flujo del cabezal de fila trasera 23A, y el porcentaje de refrigerante en fase líquida a refrigerante en fase gaseosa es bajo en la parte superior de la trayectoria del flujo.
Por consiguiente, tanto en el estado de distribución del refrigerante en fase líquida distribuido desde el cabezal de fila delantera 13A a cada uno de los tubos planos 11 en la fila delantera F como en el estado de distribución del refrigerante en fase líquida distribuido desde el cabezal de fila trasera 23A a cada uno de los tubos planos 11 en la fila trasera R, la desviación en la dirección hacia arriba y hacia abajo D1 se encuentra en diferentes formas.
Las figuras 3A a 3C ilustran respectivamente el porcentaje de flujo del refrigerante en fase líquida (relación de flujo a refrigerante en fase gaseosa) en el refrigerante que ha fluido dentro de los tubos planos 11 en cada una de la fila delantera F y la fila trasera R en función de los resultados experimentales en un caso de la figura 3A donde el caudal del refrigerante introducido en el intercambiador de calor 1 es pequeño, en un caso de la figura 3B donde el caudal es medio, y en un caso de la figura 3C donde el caudal es grande. Los números 1, 2, 3... se proporcionan a los tubos planos 11 en orden desde el tubo plano 11 ubicado en la parte más superior hasta el tubo plano 11 ubicado en la parte inferior en cada uno del cabezal de fila delantera 13A y el cabezal de fila trasera 23A. Cabe destacar que, en el experimento para obtener los datos de las figuras 3A a 3C, se usaron un elemento de intercambio de calor de fila delantera y un elemento de intercambio de calor de fila trasera, cada uno de los cuales incluía siete tubos planos 11.
Las figuras 3A a 3C ilustran una tendencia similar a la descripción anterior, en concreto, una tendencia a que el porcentaje de refrigerante en fase líquida que fluye hacia adentro sea alto en el tubo plano 11 ubicado en la parte superior de la fila delantera F, mientras que el porcentaje de refrigerante en fase líquida que fluye hacia adentro es alto en el tubo plano 11 ubicado en la parte inferior de la fila trasera R.
Como se ilustra en las figuras 3A a 3C, el grado de desviación del porcentaje de flujo del refrigerante en fase líquida en la dirección hacia arriba y hacia abajo D1 en la fila delantera F aumenta a medida que aumenta el caudal del refrigerante. En contraste, el grado de desviación del porcentaje de flujo del refrigerante en fase líquida en la dirección hacia arriba y hacia abajo D1 en la fila trasera R disminuye a medida que aumenta el caudal del refrigerante. La tendencia se establece cualitativamente porque el área de sección transversal de la trayectoria de flujo de cada uno de los cabezales de fila delantera 13 es más pequeña que el área de sección transversal de la trayectoria de flujo de cada uno de los cabezales de fila trasera 23.
Como el caudal relativo a la figura 3C, se asume el caudal del intercambiador de calor 1 en una situación en la que se forma fácilmente escarcha, por ejemplo, en una situación en la que el aire acondicionado realiza la operación de calefacción en invierno. Cuando el caudal es grande como se describió antes, la distribución desigual del refrigerante en fase líquida en la parte superior de la fila delantera F se vuelve notable como se ilustra en la figura 3C. En este momento, en el elemento de intercambio de calor 10 en la fila delantera F, el intercambio de calor se realiza principalmente en una zona superior.
(Efectos por presente realización)
En la presente realización, como se ha descrito anteriormente, el área de sección transversal de la trayectoria de flujo Af de cada uno de los cabezales de fila delantera 13 y el área de sección transversal de la trayectoria de flujo Ar de cada uno de los cabezales de fila trasera 23 se hacen diferentes entre sí para proporcionar una distribución diferente a los refrigerantes en fase líquida en la fila delantera F y en la fila trasera R. Esto suprime la pérdida de transferencia de calor y asegura el rendimiento del intercambio de calor como un todo del intercambiador de calor 1.
La acción de la presente realización se describe con referencia a la figura 4 y la figura 2. De acuerdo con la presente realización, incluso cuando la desviación está presente en el porcentaje de flujo en fase líquida del refrigerante distribuido a cada uno de los tubos planos 11 en cada una de la fila delantera F y la fila trasera R, la cantidad de transferencia de calor se uniformiza y el rendimiento de intercambio de calor necesario se asegura incluso bajo restricción de la capacidad del intercambiador de calor o similar, como un todo del intercambiador de calor 1.
En el cabezal de fila delantera 13 (figura 2) que tiene la alta velocidad de flujo, el refrigerante en fase líquida se lleva suficientemente a la parte superior. Por lo tanto, la cantidad de transferencia de calor entre el aire y el refrigerante que fluye a través del tubo plano 11 en el lado de zona superior que tiene el gran porcentaje de flujo del refrigerante en fase líquida entre los tubos planos 11 en la fila delantera F a la que se distribuye el refrigerante desde el cabezal de fila delantera 13 es grande, mientras que la cantidad de transferencia de calor en la parte inferior es pequeña.
En contraste, en el cabezal de fila trasera 23 (figura 2) que tiene una velocidad de flujo menor que la velocidad de flujo del cabezal de fila delantera 13, el refrigerante en fase líquida no se lleva lo suficiente a la parte superior. Por lo tanto, la cantidad de transferencia de calor entre el aire y el refrigerante que fluye a través del tubo plano 11 en el lado de zona inferior que tiene el gran porcentaje de flujo del refrigerante en fase líquida entre los tubos planos 11 en la fila trasera R a la que se distribuye el refrigerante desde el cabezal de fila trasera 23 es grande, mientras que la cantidad de transferencia de calor en la parte superior es pequeña.
El aire que fluye a lo largo de una flecha 1 ilustrada en la figura 4 pasa a través del lado de zona inferior que tiene la cantidad de transferencia de calor pequeña en la fila delantera F y el lado de zona inferior que tiene la cantidad de transferencia de calor grande en la fila trasera R. En este momento, incluso si el calor del aire que ha pasado a través del lado de zona inferior que tiene el bajo porcentaje de flujo del refrigerante en fase líquida en la fila delantera F no se disipa lo suficiente hacia el refrigerante, una cantidad de refrigerante en fase líquida que fluye a través de los tubos planos 11 en el lado de zona inferior en la fila trasera R en la que el aire fluye posteriormente a la fila delantera F es suficiente para disipar el calor del aire.
Además, el aire que fluye a lo largo de una flecha 2 ilustrada en la figura 4 pasa a través del lado de zona superior que tiene la gran cantidad de transferencia de calor en la fila delantera F y el lado de zona superior que tiene la pequeña cantidad de transferencia de calor en la fila trasera R. En este caso, el aire, cuyo calor ya se ha disipado al refrigerante que tiene el alto porcentaje de flujo del refrigerante en fase líquida en el lado de zona superior de la fila delantera F, fluye hacia la fila trasera R. Por consiguiente, es suficiente con que el refrigerante en fase líquida en una cantidad suficiente para intercambiar calor con el aire después de la disipación de calor en la fila delantera F fluya a través de los tubos planos 11 en el lado de zona superior en la fila trasera R.
Por consiguiente, la superficie de transferencia de calor se utiliza de manera efectiva mientras que la pérdida de transferencia de calor se evita en todo el intercambiador de calor 1, incluidos el lado de zona superior y el lado de zona inferior de la fila delantera F y el lado de zona superior y el lado de zona inferior de la fila trasera R. Por lo tanto, incluso cuando el intercambiador de calor 1 es pequeño, es posible asegurar suficientemente el rendimiento de intercambio de calor. La velocidad de flujo se hace diferente entre el cabezal de fila delantera 13 y el cabezal de fila trasera 23 como en la presente realización, lo que hace posible equilibrar la cantidad de transferencia de calor en la dirección hacia arriba y hacia abajo D1 como la totalidad de la fila delantera F y la fila trasera R como se describió anteriormente. Esto puede evitar el deterioro del rendimiento de intercambio de calor debido a la desviación de la distribución del refrigerante. Como resultado, no es necesario proporcionar la placa divisoria horizontal en cada uno de los cabezales 13 y 23 para uniformizar la distribución del refrigerante. Esto hace posible evitar el aumento del número de piezas y suprimir el coste de fabricación del intercambiador de calor 1.
Contrariamente a la presente realización, incluso en el caso de que las áreas de sección transversal de la trayectoria de flujo se determinen para establecer Af > Ar, y la velocidad de flujo Vf del cabezal de fila delantera 13 se haga más baja que la velocidad de flujo Vr del cabezal de fila trasera 23, pueden lograrse efectos similares a los efectos de la presente realización en términos de evitar el deterioro del rendimiento debido a la desviación de la distribución del refrigerante.
Además, la presente realización hace frente al deterioro del rendimiento provocado por la escarcha además del deterioro del rendimiento provocado por la desviación de la distribución del refrigerante. Cuando la temperatura del aire externo como fuente de calor es baja durante la operación de calefacción, la escarcha progresa desde la fila delantera F que tiene una temperatura muy diferente con el aire de contacto en comparación con la fila trasera R en el intercambiador de calor 1 usado en un intercambiador de calor exterior del aire acondicionado. Como alternativa, se puede producir escarcha en el intercambiador de calor 1 usado para enfriar una carga de calor, por ejemplo, un intercambiador de calor dentro de un refrigerador/congelador tal como una vitrina de refrigeración/congelación. También en este caso, la escarcha avanza desde la fila delantera F.
Para evitar el deterioro del rendimiento causado por la escarcha, es preferible que la relación entre la velocidad de flujo Vf del cabezal de fila delantera 13 y la velocidad de flujo Vr del cabezal de fila trasera 23 se especifique de tal manera que la velocidad de flujo Vf del cabezal de fila delantera 13 sea mayor que la velocidad de flujo Vr del cabezal de fila trasera 23, como con la presente realización. Además, en la presente realización en la que el refrigerante al mismo caudal se introduce en cada una de las filas delantera F y trasera R, las áreas de sección transversal de la trayectoria de flujo se especifican para Af < Ar.
En el lado de zona superior que tiene un gran porcentaje de flujo del refrigerante en fase líquida en la fila delantera F, donde se produce fácilmente la escarcha, la escarcha se produce fácilmente porque el aire se enfría suficientemente por el refrigerante que tiene el gran porcentaje de flujo del refrigerante en fase líquida. En contraste, apenas se produce escarcha en el lado de zona inferior, incluso en la fila delantera F. En otras palabras, la desviación de la escarcha ocurre de manera similar a la desviación del porcentaje de flujo del refrigerante en fase líquida en la dirección hacia arriba y hacia abajo D1 en la fila delantera (por ejemplo, figura 3C).
Se supone que la escarcha en el lado de zona superior en la fila delantera F que tiene un gran porcentaje de flujo del refrigerante en fase líquida progresa como se ilustra en la figura 3C y el caudal de aire en el lado de zona superior en la fila trasera R se reduce debido al cierre del paso de aire causado por la escarcha. En este momento, sin embargo, la escarcha no progresa mucho en el lado de zona inferior en la fila delantera F. Por lo tanto, el caudal de aire se puede mantener al menos en el lado de zona inferior en la fila trasera R a sotavento del lado de zona inferior en la fila delantera F.
En otras palabras, después de que se pierda la capacidad de intercambio de calor en el lado de zona superior, incluida la fila trasera R, debido a la escarcha, el aire se alimenta a la fila trasera R en el lado de zona inferior. Dado que la capacidad de intercambio de calor permanece en la superficie de transferencia de calor en el lado de zona inferior en la fila trasera R en la que no se adhiere escarcha, se prolonga un tiempo antes de que la operación cambie a la operación de descongelación.
De acuerdo con la presente realización, la supresión de la pérdida de transmisión de calor provocada por la escarcha hace posible evitar la interrupción de la operación de calefacción o similar por la operación de descongelación, y continuar la operación de calefacción o similar.
La figura 6 ilustra un ejemplo en el que cada uno de los tubos planos 11 insertados en los cabezales de fila trasera 23, cada uno de los cuales tiene un diámetro mayor que el diámetro de cada uno de los cabezales de fila delantera 13, tiene un ancho Dr más ancho que un ancho Df de cada uno de los tubos planos 11 en la fila delantera F. Para aumentar el área de transferencia de calor, el gran ancho Dr de cada uno de los tubos planos 11 en la dirección del flujo de aire sustancialmente igual al diámetro de cada uno de los cabezales de fila trasera 23 está preferentemente asegurado. Ampliar el ancho Dr de cada uno de los tubos planos 11 en la fila trasera R permite mejorar la capacidad del intercambiador de calor 1 sin cambiar el espacio necesario para la instalación del intercambiador de calor 1.
Cabe destacar que, en lugar de ampliar el ancho Dr de cada uno de los tubos planos 11 en la fila trasera R, se pueden disponer dos tubos planos 11 en la dirección del ancho.
[Segunda realización]
A continuación, se describe una segunda realización de la presente invención con referencia a las figuras 7A a 7D.
En la segunda realización, se describe un ejemplo de aplicación a un intercambiador de calor que incluye una pluralidad de trayectorias conectadas en serie.
Un intercambiador de calor 2 ilustrado en la figura 7A incluye los elementos de intercambio de calor 10 y 20 correspondientes a las trayectorias conectadas en serie. Esto es diferente de los elementos de intercambio de calor 10 y 20 que están conectados a la tubería del circuito de refrigerante en paralelo, del intercambiador de calor 1 de acuerdo con la primera realización.
La figura 7A ilustra esquemáticamente los elementos de intercambio de calor 10 y 20. Cada uno de los elementos de intercambio de calor 10 y 20 tiene una configuración similar a los respectivos elementos de intercambio de calor 10 y 20 en la primera realización (figura 1).
En otras palabras, como se ilustra en la figura 1, el elemento de intercambio de calor de fila delantera 10 incluye los tubos planos 11, las aletas 12 y los cabezales de fila delantera 13. El elemento de intercambio de calor de fila trasera 20 también incluye los tubos planos 11, las aletas 12 y los cabezales de fila trasera 23. Dado que el área de sección transversal de la trayectoria de flujo Af de cada uno de los cabezales de fila delantera 13 es más pequeña que el área de sección transversal de la trayectoria de flujo Ar de cada uno de los cabezales de fila trasera 23, la velocidad de flujo de refrigerante Vf de cada uno de los cabezales de fila delantera 13 es mayor que la velocidad de flujo de refrigerante Vr de cada uno de los cabezales de fila trasera 23.
Al igual que en la primera realización, la cantidad de transferencia de calor en la dirección hacia arriba y hacia abajo D1 como la totalidad de la fila delantera F y la fila trasera R se puede equilibrar en función de la diferencia de velocidad de flujo, y el tiempo antes de que la operación cambie a la operación de descongelación cuando se produce escarcha se puede prolongar.
El elemento de intercambio de calor de fila trasera 20 corresponde a una primera trayectoria P1 en el lado más aguas arriba. El elemento de intercambio de calor de fila delantera 10 corresponde a una segunda trayectoria P2 posterior a la primera trayectoria P1. En este ejemplo, la segunda trayectoria P2 es una trayectoria en el lado más aguas abajo.
La sequedad del refrigerante aumenta mientras el refrigerante fluye desde la trayectoria P1 más aguas arriba a la trayectoria P2 más aguas abajo.
Cuando el refrigerante se introduce desde una tubería de refrigerante no ilustrada al cabezal de fila trasera 23A (figura 1) de la primera trayectoria P1, el refrigerante se distribuye desde el cabezal de fila trasera 23A a cada uno de los tubos planos 11 en la fila trasera R. El refrigerante que ha fluido a través de cada uno de los tubos planos 11 se combina dentro del cabezal de fila trasera 23B (figura 1), y el refrigerante combinado fluye hacia la segunda trayectoria P2 en la fila delantera F a través de una tubería en forma de U 17. Posteriormente, el refrigerante se distribuye desde el cabezal de fila delantera 13B (figura 1) en la segunda trayectoria P2 a cada uno de los tubos planos 11 en la fila plana F, y el refrigerante que ha fluido a través de cada uno de los tubos planos 11 sale del cabezal de fila delantera 13A (figura 1) a la tubería de refrigerante.
Cuando el refrigerante absorbe calor del aire y aumenta la sequedad del refrigerante, se reduce una cantidad absoluta del porcentaje de flujo del refrigerante en fase líquida. Por lo tanto, es particularmente difícil hacer que el refrigerante en fase líquida fluya hacia el interior del tubo plano 11 en el lado de zona superior dentro del cabezal en la trayectoria más aguas abajo P2.
La figura 7C y la figura 7D ilustran la distribución de refrigerante en fase líquida en un caso donde la sequedad del refrigerante es alta, basado en el experimento; sin embargo, el área de sección transversal de la trayectoria de flujo de un cabezal es diferente en la figura 7C y la figura 7D. La figura 7C ilustra un caso en el que el cabezal tiene un área de sección transversal de trayectoria de flujo típica (por ejemplo, el área de sección transversal de la trayectoria de flujo Am en la figura 8) y la figura 7D ilustra un caso en el que el área de sección transversal de la trayectoria de flujo del cabezal es más pequeña que el área típica. Dado que el caudal de refrigerante es el mismo en las figuras 7C y 7D, la velocidad de flujo dentro del cabezal es mayor en el cabezal que tiene la pequeña área de sección transversal de la trayectoria de flujo (figura 7D). Por consiguiente, en comparación con el cabezal en el que la velocidad de flujo es relativamente baja en la figura 7C, el refrigerante en fase líquida llega hasta el tubo plano 11 ubicado en la parte superior del cabezal ilustrado en la figura 7D.
Basado en la descripción anterior, la trayectoria más aguas abajo P2 donde la sequedad es la más alta está dispuesta en la fila delantera F como se ilustra en la figura 7A. En los cabezales de fila delantera 13, donde la velocidad de flujo es alta debido a la pequeña área de sección transversal de la trayectoria de flujo, el refrigerante en fase líquida puede elevarse lo suficiente hasta la parte superior para fluir al interior del tubo plano 11 ubicado en la parte superior. Como resultado, la superficie de transferencia de calor de la trayectoria más aguas abajo P2 puede usarse suficientemente y puede contribuir al rendimiento.
[Modificación de la segunda realización]
En un caso en el que un intercambiador de calor 2A incluye tres o más trayectorias conectadas en serie como se ilustra en la figura 7B, una cuarta trayectoria P4 en el lado más aguas abajo está dispuesta preferentemente en la fila delantera F y la primera trayectoria P1 en el lado más aguas arriba también está dispuesta preferentemente en la fila delantera F como en la ilustración de la figura 7A.
La segunda trayectoria P2 y una tercera trayectoria P3 están dispuestas en la fila trasera R.
El intercambiador de calor 2A incluye las cuatro trayectorias P1 a P4. La primera trayectoria P1 y la segunda trayectoria P2 en el lado aguas arriba están ubicadas en la parte inferior del intercambiador de calor 2A, y la tercera trayectoria P3 y la cuarta trayectoria P4 en el lado aguas abajo están ubicadas en la parte superior en el intercambiador de calor 2A.
En el lado aguas arriba de un circuito en serie en el intercambiador de calor 2A, la pérdida de presión en la misma área de sección transversal de la trayectoria de flujo es menor que la pérdida de presión en el lado aguas abajo porque el refrigerante en fase líquida es más grande en el lado aguas arriba que en el lado aguas abajo donde aumenta la sequedad. Por consiguiente, el área de sección transversal de la trayectoria de flujo de cada una de las trayectorias P1 y P2 en el lado aguas arriba se suprime (se reduce el número de zonas (número de tubos planos 11)) en un grado que no provoca una pérdida de presión excesiva en comparación con las trayectorias P3 y P4 en el lado aguas abajo, suprimiendo así una altura del intercambiador de calor 2A.
La figura 7B también ilustra esquemáticamente los elementos de intercambio de calor 10 y 20. Cada uno de los elementos de intercambio de calor 10 y 20 tiene una configuración similar a los respectivos elementos de intercambio de calor 10 y 20 en la primera realización (figura 1).
Al igual que en la primera realización, la cantidad de transferencia de calor como la totalidad de la fila delantera F y la fila trasera R se puede equilibrar en función de la diferencia de velocidad de flujo entre los cabezales de fila delantera 13 y los cabezales de fila trasera 23, y puede prolongarse el tiempo antes de que la operación cambie a la operación de descongelación cuando se produce escarcha.
Cuando el refrigerante se introduce en el cabezal 13A (figura 1) de la primera trayectoria P1 en la configuración ilustrada en la figura 7B, el refrigerante se distribuye desde el cabezal de fila delantera 13A a cada uno de los tubos planos 11 en la fila delantera F. El refrigerante que ha fluido a través de cada uno de los tubos planos 11 se combina dentro del cabezal de fila delantera 13B (figura 1), y el refrigerante combinado fluye hacia la segunda trayectoria P2 en la fila trasera R a través de una tubería en forma de U 181. Posteriormente, el refrigerante se distribuye desde el cabezal de fila trasera 23B de la segunda trayectoria P2 a cada uno de los tubos planos 11, y el refrigerante que ha fluido a través de cada uno de los tubos planos 11 fluye desde el cabezal de fila trasera 23A hacia el cabezal de fila trasera 23A de la tercera trayectoria P3 en el lado de zona superior a través de una tubería en forma de U 182. Más aún, el refrigerante fluye a través de los tubos planos 11 de la tercera trayectoria P3 y fluye hacia el cabezal de fila delantera 13B de la cuarta trayectoria P4 a través de una tubería en forma de U 183. Posteriormente, el refrigerante fluye a través de los tubos planos 11 de la cuarta trayectoria P4 y luego fluye hacia la tubería de refrigerante.
De acuerdo con la configuración ilustrada en la figura 7B, la trayectoria más aguas abajo P4 donde la sequedad es mayor está dispuesta en la fila delantera F como en la segunda realización ilustrada en la figura 7A. Esto hace posible usar suficientemente la superficie de transferencia de calor de la trayectoria más aguas abajo P4 y contribuir al rendimiento.
De forma adicional, el área de sección transversal de la trayectoria de flujo es pequeña en el cabezal 13 en la trayectoria más aguas arriba P1 donde la pérdida de presión del refrigerante es relativamente pequeña debido a la menor sequedad del refrigerante que fluye hacia el cabezal 13, en particular, en el cabezal 13A como entrada de la trayectoria P1. Esto permite suprimir el aumento de la temperatura de evaporación provocado por la pérdida de presión del refrigerante. La supresión del aumento de la temperatura de evaporación permite evitar el deterioro del rendimiento de la evaporación.
[Tercera realización]
A continuación, se describe una tercera realización con referencia a las figuras 8A y 8B.
Un intercambiador de calor 3 de acuerdo con la tercera realización ilustrada en la figura 8A incluye el elemento de intercambio de calor de fila delantera 10 y el elemento de intercambio de calor de fila trasera 20 como con el intercambiador de calor 1 (figura 2) de acuerdo con la primera realización.
En la primera realización (figura 2), el área de sección transversal de la trayectoria de flujo Af que es menor que el área de sección transversal de la trayectoria de flujo Ar del cabezal de fila trasera 23 se proporciona al cabezal de fila delantera 13 de tal manera que la velocidad de flujo Vf del cabezal de fila delantera 13 es mayor que la velocidad de flujo Vr del cabezal de fila trasera 23. En contraste, en la tercera realización, se usa un distribuidor 15 (unidad de ajuste de caudal) que puede ajustar el caudal del refrigerante que se va a introducir en cada cabezal de fila delantera 13 y cabezal de fila trasera 23.
El distribuidor 15 que incluye un tubo capilar y similares divide el refrigerante que fluye desde la tubería de refrigerante no ilustrada, a una relación de flujo predeterminada tal que el caudal Rf del refrigerante que fluye hacia el cabezal de fila delantera 13 es mayor que el caudal Rr del refrigerante que fluye hacia el cabezal de fila trasera 23.
Como resultado, la velocidad de flujo Vf correspondiente al caudal Rf y el área de sección transversal de la trayectoria de flujo Am se proporciona al cabezal de fila delantera 13, y la velocidad de flujo Vr correspondiente al caudal Rr y el área de sección transversal de la trayectoria de flujo Am se proporciona al cabezal de fila trasera 23.
En la presente realización, dado que el área de sección transversal de la trayectoria de flujo Am del cabezal de fila delantera 13 y el área de sección transversal de la trayectoria de flujo Am del cabezal de fila trasera 23 son equivalentes entre sí, se establece Rf/Rr = Vf/Vr.
De acuerdo con la presente realización, se proporciona el distribuidor 15. Por lo tanto, incluso cuando el área de sección transversal de la trayectoria de flujo del cabezal de fila delantera 13 y el área de sección transversal de la trayectoria de flujo del cabezal de fila trasera 23 son equivalentes entre sí, la diferencia de velocidad de flujo del refrigerante se proporciona al cabezal de fila delantera 13 y al cabezal de fila trasera 23, y la acción y los efectos similares a la acción y los efectos de acuerdo con la primera realización se pueden lograr en función de la distribución del porcentaje de flujo del refrigerante en fase líquida en la dirección hacia arriba y hacia abajo D1 causado por la diferencia de velocidad de flujo.
Además, el uso de los mismos cabezales con el mismo diámetro hace posible evitar el mal montaje del elemento de intercambio de calor de fila delantera 10 y el elemento de intercambio de calor de fila trasera 20 en la fabricación del intercambiador de calor 3.
En lugar del distribuidor 15, se puede usar un regulador 16 (unidad de ajuste de caudal) como se ilustra en la figura 8B. El regulador 16 se proporciona en un conducto introducido en el cabezal de fila trasera 23 a partir de conductos divididos al caudal equivalente de la tubería de refrigerante no ilustrada. La pérdida de presión la proporciona el regulador 16 al refrigerante que fluye hacia el cabezal de fila trasera 23. Como resultado, el caudal Rr del refrigerante introducido en el cabezal de fila trasera 23 es menor que el caudal Rf del refrigerante introducido en el cabezal de fila delantera 13.
[Cuarta realización]
A continuación, se describe una cuarta realización con referencia a las figuras 9A y 9B.
Cada una de las figuras 9A y 9B ilustra un intercambiador de calor 4 que tiene la misma configuración. La ilustración en las figuras 9A y 9B es diferente solo en una imagen de distribución del refrigerante en fase líquida.
El intercambiador de calor 4 de acuerdo con la cuarta realización incluye dos elementos de intercambio de calor 10 apilados en la dirección hacia arriba y hacia abajo D1 en la fila delantera F, y dos elementos de intercambio de calor 20 apilados en la dirección hacia arriba y hacia abajo D1 en la fila trasera R.
En el intercambiador de calor 4, los elementos de intercambio de calor de fila delantera 10 y los elementos de intercambio de calor de fila trasera 20 están dispuestos mientras se desplazan en la dirección hacia arriba y hacia abajo D1. Cada uno de los elementos de intercambio de calor de fila delantera 10 y los elementos de intercambio de calor de fila trasera 20 tiene la misma altura desde un extremo inferior hasta un extremo superior.
Además, los elementos de intercambio de calor de fila delantera 10 y los elementos de intercambio de calor de fila trasera 20 están conectados a la tubería del circuito de refrigerante en paralelo o en serie, y el refrigerante del mismo caudal fluye a través de los elementos de intercambio de calor de fila delantera 10 y los elementos de intercambio de calor de fila trasera 20.
El intercambiador de calor 4 incluye los elementos de intercambio de calor de fila delantera 10 y los elementos de intercambio de calor de fila trasera 20, cada uno de los cuales tiene una configuración similar al elemento de intercambio de calor de fila delantera 10 y el elemento de intercambio de calor de fila trasera 20, respectivamente, de acuerdo con la primera realización. A diferencia de la primera realización, sin embargo, el área la sección transversal de la trayectoria de flujo de cada uno de los cabezales de fila delantera 13 y el área de sección transversal de la trayectoria de flujo de cada uno de los cabezales de fila trasera 23 son equivalentes entre sí.
Dado que los elementos de intercambio de calor de fila delantera 10 y los elementos de intercambio de calor de fila trasera 20 se desplazan en la dirección hacia arriba y hacia abajo D1, las posiciones de las porciones de introducción 131 conectadas a los cabezales de fila delantera 13 y las posiciones de las porciones de introducción 231 conectadas a los cabezales de fila trasera 23 son diferentes en la dirección hacia arriba y hacia abajo D1.
En un caso donde el caudal del refrigerante es pequeño o en un caso donde la sequedad es alta, la velocidad de flujo del refrigerante en fase líquida que ha fluido en cada uno de los cabezales 13 y 23 es baja, como se ilustra mediante flechas grises que representan imágenes de distribución del refrigerante en fase líquida a lo largo de la dirección hacia arriba y hacia abajo D1 en la figura 9A. Por lo tanto, el refrigerante en fase líquida fluye fácilmente hacia los tubos planos 11 en la parte inferior, en concreto, en el lado de zona inferior de cada uno de los cabezales 13 y 23.
En contraste, en un caso donde el caudal del refrigerante es grande o en un caso donde la sequedad es baja, la velocidad de flujo del refrigerante líquido es alta, como se ilustra mediante flechas grises que representan imágenes de distribución del refrigerante en fase líquida a lo largo de la dirección hacia arriba y hacia abajo en la figura 9B. Por lo tanto, el refrigerante en fase líquida fluye fácilmente hacia los tubos planos 11 en la parte superior, en concreto, en el lado de zona superior de cada uno de los cabezales 13 y 23.
Como resultado, como se describe con referencia a la figura 4, la cantidad de transferencia de calor en la dirección hacia arriba y hacia abajo D1 como la totalidad de la fila delantera F y la fila trasera R se puede equilibrar, y el tiempo antes de que la operación cambie a la operación de descongelación cuando se produce escarcha se puede prolongar.
Además, el uso de los mismos cabezales con el mismo diámetro hace posible evitar el mal montaje de los elementos de intercambio de calor de fila delantera 10 y los elementos de intercambio de calor de fila trasera 20 en la fabricación del intercambiador de calor 4.
En la cuarta realización, el interior del cabezal de fila delantera 13 y el cabezal de fila trasera 23 se pueden dividir en una pluralidad de secciones, y se pueden preparar porciones de introducción que introducen el refrigerante en las secciones respectivas. También en este caso, las porciones de introducción en la fila delantera F y las porciones de introducción en la fila trasera R pueden tener posiciones de altura diferentes entre sí desplazando los elementos de intercambio de calor de fila delantera 10 y los elementos de intercambio de calor de fila trasera 20 en la dirección hacia arriba y hacia abajo D1. Por lo tanto, se pueden lograr acciones y efectos similares.
Aparte de la descripción anterior, las configuraciones descritas en las realizaciones descritas anteriormente pueden seleccionarse o modificarse apropiadamente sin apartarse del alcance de la presente invención como se define en las reivindicaciones adjuntas.
Por ejemplo, cualquiera de los intercambiadores de calor de acuerdo con la presente invención puede incluir una o más filas intermedias ubicadas entre la fila delantera F y la fila trasera R además de la fila delantera F y la fila trasera R.
En cada una de las realizaciones descritas anteriormente, cada uno de los elementos de intercambio de calor 10 y 20 incluye una línea de elemento de tubo plano que incluye la pluralidad de tubos planos 11 apilados en la dirección hacia arriba y hacia abajo D1. La configuración no se limita a esto, y cada uno de los elementos de intercambio de calor de acuerdo con la presente invención puede incluir dos líneas, en concreto, dos elementos de tubo plano dispuestos lado a lado en la dirección del flujo de aire, y estos elementos de tubo plano pueden estar conectados a los mismos cabezales.
Lista de signos de referencia
I a 4 Intercambiador de calor
10 Elemento de intercambio de calor de fila delantera
I I Tubo plano
12 Aleta
13, 13A, 13B Cabezal de fila delantera
14 Placa divisoria vertical (porción divisoria) 14A Abertura
15 Distribuidor (unidad de ajuste de caudal)
16 Regulador (unidad de ajuste de caudal)
17 Tubería en forma de U
20 Elemento de intercambio de calor de fila trasera
23, 23A, 23B Cabezal de fila trasera
24 Placa divisoria vertical (porción divisoria)
24A Abertura
121 Muesca
131 Porción de introducción
141 Sección
142 Sección
181, 182, 183 Tubería en forma de U
231 Porción de introducción
241 Sección
242 Sección
Af, Ar, Am Área de sección transversal de la trayectoria de flujo
D1 Dirección hacia arriba y hacia abajo
Df, Dr Ancho
F Fila delantera
G1 Dimensión
G2 Dimensión
P1 a P4 Trayectoria
R Fila trasera
Rf, Rr Caudal
Vf, Vr Velocidad de flujo

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1. Un intercambiador de calor (1), que comprende:
un elemento de intercambio de calor de fila delantera (10) y un elemento de intercambio de calor de fila trasera (20);
el elemento de intercambio de calor de fila trasera (10) incluye una pluralidad de tubos planos apilados (11); aletas (12) previstas en los tubos planos (11); y
cabezales de fila delantera (13) erigidos en una dirección de apilamiento en la que se apilan los tubos planos (11), y conectados a los tubos planos (11), en donde
el elemento de intercambio de calor de fila delantera (10) está configurado para funcionar como un evaporador que provoca el intercambio de calor entre el aire y un refrigerante que fluye hacia los tubos planos (11) a través de los cabezales (13), para evaporar el refrigerante,
el elemento de intercambio de calor de fila trasera (20) incluye una pluralidad de tubos planos apilados (11); aletas (12) previstas en los tubos planos (11); y
cabezales de fila trasera (23) erigidos en una dirección de apilamiento en la que se apilan los tubos planos (11) y conectados a los tubos planos (11), el elemento de intercambio de calor de fila trasera (20) está configurado para funcionar como un evaporador que provoca el intercambio de calor entre el aire y un refrigerante que fluye hacia los tubos planos (11) a través de los cabezales (23), para evaporar el refrigerante,
el elemento de intercambio de calor de fila delantera (10) y el elemento de intercambio de calor de fila trasera (20) están en uso dispuestos en la dirección del flujo de aire con el elemento de intercambio de calor de fila delantera (10) dispuesto en una fila delantera (F) ubicada en un lado aguas arriba del flujo del aire y el elemento de intercambio de calor de fila trasera (20) dispuesto en una fila trasera (R) ubicada en un lado aguas abajo del flujo del aire, caracterizado por que
un área de sección transversal de la trayectoria de flujo (Af) de cada uno de los cabezales de fila delantera (13) es menor que un área de sección transversal de la trayectoria de flujo (Ar) de cada uno de los cabezales de fila trasera (23), estando configurado el intercambiador de calor de manera que la velocidad de flujo del refrigerante que fluye a través de cada uno de los cabezales de fila delantera (13) es mayor que la velocidad de flujo del refrigerante que fluye a través de cada uno de los cabezales de fila trasera (23).
2. El intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además una porción divisoria (14) configurada para dividir el interior de al menos cualquiera de los cabezales de fila delantera (13) y los cabezales de fila trasera (13) al extenderse en la dirección de apilamiento, en donde
el área de sección transversal de trayectoria de flujo se establece mediante la porción divisoria (14).
3. El intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde el ancho de cada uno de los tubos planos (11) en la fila trasera (R) en la dirección de flujo del aire es más ancho que el ancho de cada uno de los tubos planos (11) en la fila delantera (F) en la dirección de flujo del aire.
4. El intercambiador de calor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde
los elementos de intercambio de calor incluyen dos o más elementos de intercambio de calor conectados en serie, y
un elemento de intercambio de calor de los elementos de intercambio de calor en el lado más aguas abajo está ubicado en la fila delantera (F).
5. El intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 4, en donde los elementos de intercambio de calor incluyen tres o más elementos de intercambio de calor conectados en serie, y un elemento de intercambio de calor de los elementos de intercambio de calor en el lado más aguas arriba está ubicado en la fila delantera (F).
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