MX2007012510A - Evaporadores de flujo en paralelo con sifon de liquido para proporcionar mejor distribucion de flujo. - Google Patents

Abstract

Un evaporador de flujo en paralelo tiene un sifon de liquido para regular la velocidad del refrigerante suministrado a un evaporador desde un dispositivo de expansion. En su configuracion mas simple, el sifon de liquido es un tubo en forma de u ubicado verticalmente y conectado a un colector de entrada del evaporador. Al proporcionar un sifon de liquido, una cantidad pequena de refrigerante liquido se separa de la fase de vapor en ciertas condiciones. Este liquido separado tendera a colectarse en el sifon, y reducira un area de seccion transversal de flujo de linea que conduce al colector de entrada del evaporador. A medida que disminuye esta area de seccion transversal, la velocidad del refrigerante que pasa a traves de la linea se incrementara. En este sentido, a medida que una cantidad pequena de fase liquida se separa, esto asegurara que la velocidad del refrigerante restante se incrementara tal que la separacion adicional sera significativamente reducida o completamente evitada. Como resultado, se proporciona flujo de refrigerante homogeneo al evaporador, dando por resultado su aumento de desempeno y mejora de la confiabilidad del sistema.

Description

EVAPORADORES DE FLUJO EN PARALELO CON SIFÓN DE LIQUIDO PARA PROPORCIONAR MEJOR DISTRIBUCIÓN DE FLUJO ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Lista invención se relaciona a un evaporador de flujo en paralelo en donde un s fón de' .líquido está ubicado corriente arriba de un coJector de entrada para proporcionar mejor distribución de flujo entre canales paralelos, transferencia de calor mejorada y confiabilidad del sistema aumentada . Los sistemas refrigerantes se utilizan para controlar la temperatura y la humedad del aire en varios ambientes interiores a ser acondicionados. En un sistema refrigerante tipico que opera en el modo de enfriamiento, un refrigerant-e se comprime en un compresor y se suministra a un condensador (o un intercambiador de calor exterior en este caso), En el condensador, el calor se intercambia entre el aire ambiental exterior y el refrigerante. Desde el condensador, e.l refrigerante pasa a un dispositivo de expansión, en el cual el refrigerante se expande a una presión y temperatura inferiores, y luego a un evaporador (o un intercambiador de calor interior si cl sistema opera en el modo de enfriamiento) . En e-1 evapo.rador, e-1 calor se intercambia enfre el refrigerante y cl aire interior, para acondicionar e-1 aire Interior. Cuando eJ sistema refrigerante está operando cn el modo de enfriamiento, el evaporador enfría y típicamente deshum d i f- i ca el aire que está siendo suministrado al medio amb ente interior. Un tipo de evaporador que podría ser uti-lizado en sistemas refrigerantes es un evaporador de flujo en paralelo. Tales evaporadores tienen varios canales paralelos para comunicar el refrigerante entre un colector de entrada y un colector de salida. Cada canal típicamente tiene numerosas rutas internas paralelas de varias formas en sección transversal- separadas por paredes internas. Aletas corrugadas están dispuestas entre los canales para el aumento de transferencia de calor y rigidez estructural. Usualmente, los canales, colectores y aletas se construyen de materiales similares tai como aluminio y se unen entre sí mediante soldadura con latón en horno. Recientemente, los evaporadores de flujo en paralelo han atraído una gran canti.dad de atención e interés en el campo de acondicionamiento del aire debido a su desempeño superior, compactabi 1 i-dad, consfrucción rígida y resistencia aumentada a la corrosión. Sin embargo, un problema con los evaporadores de flujo cn paralelo es la maldistribución del refrigerante entre sus canales. El problema de ma Id i s t r-i buci ón en Los evaporadores de flujo en paralelo típicamente es causado por la separación de fase 1-íqui-da a partir del. vapor cn cl colector de entrada debido a la gravedad combinada con -la velocidad del refrigerante insu iciente, y de esta manera se manifiesta por sí misma en cantidades desiguales de vapor y refrigerante liqui o que pasan a través de los canales del evaporador. Fenómenos adicionales que efectúan ia maldis tp bucion se pueden atribuir a diferentes distancias en que e] refrigerante debe fluir para alcanzar varios canales y para sai i r de estos, las impedancias de presión desiguales y variaciones en las proporciones de transferencia de calor entre ios canales, etc . Los evaporadores de flujo cn paralelo conocidos típicamente tienen coLectores de entrada y de salida que son de forma ci 1 índrica. Los canales típicamente se hacen de extrusiones de aluminio idénticas que forman tubos planos. A medida que el refrigerante de dos fases entra al colector de entrada, La fase de vapor es frecuentemente separada de la fase liquida. Puesto que Jas dos fases se moverán independientemente entre si después de La separación, el problema de ma 1 di str i buc i on de refrigerante frecuentemente surge . Cuando tal maldi sLpbucion ocurre, el desempeño del intercamb i ador de calor desci-ende s i gn i f í-ca t i vamente, frecuentemente dando por resultado refrigerante liquido que deja el colector de salida. Este refrigerante liquido puede causar serios problemas de coní i ab 1 ?-dad y daño al compresor permanente. Obviamente, esto es indeseable. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN En una modal ¡.dad divulgada de esta invención, se proporciona un evaporador de flujo en paralelo con un sifón de líquido corriente arriba de su colector de entrada. De está manera, sí el ref igerante está moviéndose a una velocidad tal que la fase líquida no se separara de la fase de vapor, este puede f luir a través del sifón, a-1 colector, y a los canales del evaporador en una distribución generalmente igual. Sin embargo, si el. refrigerante esta moviéndose a velocidad reducida, tal que -1-a separación de líquido es probable que ocurra, entonces el líquido tenderá a separarse y acumularse en el si fón de l íquido. A medida que el liquido se acumula en el sifón de líquido, el área de ¡ a sección transversal de flujo para eL resto del refrigerante llegará a ser más pequeño. Puesto que el área de sección transversal de flujo llega a ser más pequeña, entonces La velocidad del refrigerante se incrementará, creando un efecto de chorro que llevará got-itas do l íquido al colector de entrada y limitará la separación de fases adicional . Este fenómeno será de autor egulación, para asegurar que una velocidad de refrigerante adecuada será mantenida tal que el líquido refrigerante no tenderá a separarse del vapor. En una modal idad, antes que tener un solo sifón en forma de u, se uti Liza una ruta serpentina p opo cionada por un número de falos estructuras en forma de u. En ot-ra modalidad divulgada, el sistema refrigerante se proporciona con un circuito economizador, y el sifón de Líquido se utiliza sobre una línea que dirige la mezcla de refrigerante de dos fases derivada a-1 intercambiador de calor econom Izado r . Está modalidad proporcionará el beneficio y La función como con respecto a la primera modalidad divulgada. Estas y otras características de la presente invención se pueden entender mejor a partir de la siguiente especificación y los dibujos, lo siguiente de lo cual es una breve descripción. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una vista en sección transversal de un evaporador que incorpora la presento invención. La Figura 2 muestra el evaporador de la Figura 1 en una condición de flujo diferente. La Figura 3 muestra otra modal idad. La Figura 4 muestra todavía otra modalidad. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Un sistema refrigerante 20 se i lustra en la Figura 1 que tiene un evaporador de flujo en paralelo 22. Como es conocido, el refrigerante se mueve del evaporador 22 corriente abajo a un compresor 2? , un condensador 26, a través de un dispositivo de expansión 28, y regresa al evaporador 22. El refrigerante que deja el dispositivo de expansión 28 está en un estado de vapor y líquido mezclado.

El evaporador 22 tiene una pluralidad de canales paralelos 32 espaciados a lo largo de un colector de entrada 34. Los canales 3? y c 1 colector de entrada 34 están en comunicación fluida entre si. Además, Los canales 32 se ubican de manera similar y se comunican con un colector de salida 5. Las aletas 30 están dispuestas entre los canales 32. Los canales 32, las alet-as 30, el colector de entrada 34 y el colector de salida 35 típicamente están unidos entre sí mediante soldadura de latón en horno. Como es conocido, el aire se pasa sobre las aletas 30 y los canales 32 para ser acondicionado. Debido a la interacción de transferencia de calor con el aire suministrado a un espacio condicionado, el refrigerante se evapora dentro de los canales 32. Como se mencionó en lo anterior, sí la velocidad del refrigerante aproximándose al colector de entrada 34 es insuficientemente baja, este puede causar que el refrigerante líquido se separe dei- vapor. Esto puede dar por resultado una pobre distribución de las dos fases de refrigerante entre los canales 32. Como se muestra en la Figura 1, el refrigerante esta moviéndose a una velocidad adecuada, y ocurre poca o nada de separación de las fases de refrigerante. Un tubo 36 que conduce al colector de entrada 34 está ubicado corriente debajo de un sifón de líquido 38. Como se ilustra, el sifón de líquido 38 generalmente se extiende ve rticaimenfe cn una forma de u. Así, cualquier líquido que tiende a separarse se recolectará en el sifón de líquido 38. Como se muestra en La Figura 2, la velocidad del refrigerante es Insuficientemente baja' en comparación a la condición de la Figura 1 para prevenir la separación de fases, y una cierta cantidad de refrigerante líquido 40 se ha recolectado en el sifón 38. Como resultado, el área de sección transversal 4? que permanece para el flujo de refrigerante disminuye significativamente. Esto ha su ves incrementa su velocidad dei refrigerante que pasa al colector de entrada 34. Conformé se incrementa la velocidad del flujo de refrige ante, e-1 refrigerante de vapor tenderá a llevar su fase liquida a los canales 3? de una manera homogénea para asegurar La distribución generalmente igual. En efecto, una zona de chorros se crea para .incrementar Ja velocidad y limitar -la separación de fases adicional. Así-, al incluir el sifón de líquido 38 corriente arriba del- cabezal 34, la presente invención autorregula la velocidad del refrigerante y asegura que di erente a la separación inicial de una cantidad pequeña de refrigerante liquido 40, e-1 refrigerante líquido restante tenderá a no separase de la fase de vapor dando por resultado condiciones de flujo homogéneas en el colector de entrada 34. Por su puesto, el colector de entrada 34 debe ser de un á ea de sección transversal- y longitud apropiadas para sostener está homogeneidad de flujo. También, el sifón de líquido 38 debe ser ubicado en estrecha proximidad al colector de entrada 34. De preferencia, el sifón de líquido 38 debe ser ubicado dentro de 5 pulgadas desde ía entrada al colector de entrada 34 y extenderse vertica LmenLe de bajo de este. Consecuentemente, se mejora el desempeño de-1 evaporador. Esto también dará por resultado nada de refrigerante l íquido en el colector de salida 35 del evaporador y aumento de con fiabi 1 idad del sistema. Mientras que está invención se divulga en un evaporador convencional, otros -intercambiadores de calor, por ejemplo i-n te rcamb i adores de calor econom Lzadores (o llamados intercambiadores de calor de pLacas soldada con latón) que también re l i an una función de evaporador, pueden igualmente beneficiarse de esta invención. Además, aunque el sifón de líquido 38 se muestra en su configuración más simple, otros arreglos (tales como segmentos en forma de u múltiples conectados conjuntamente, impedancias de flujo locales, etc.) también son factibles. Otra modalidad 100 mostrada en -la Figura 3 y una pluralidad de sifones en forma de u en series 102 corriente arriba de la porción 104 que conduce al colector de entrada 34. Cada si fón de líquido 102 puede colectar una cantidad pequeña de refrigerante líquido, incrementando la velocidad de la fase de vapor y promoviendo -las condiciones homogéneas en la entrada del colector de entrada 34. Otra modal -i dad de sistema refrigerante 110 se ilustra en la Figura 4. En esta modalidad, un compresor 112 suministra un refrigerante comprimido a un condensador 114. Una línea 116 es derivada de una línea de flujo de refrigerante principal 126, y pasada a través de un dispositivo de expansión econom Lzador 118. Un sifón de líquido 120 regula el refrigerante que pasa a través de una entrada 122, a un int-ercamb iador de calor economizador 124. El sifón de líquidos 120 proporciona a, la función y operara como es descrito con respecto a las modalidades de la Figura 1 y la Figura 2 . Se debe entender que el inte cambiador de calor economizador 124 está estructurado para tener canales adyacentes tal que el calor es intercambiado entre el refrigerante en la línea derivada 116 y cl refrigerante en la -línea de flujo principal 176. La línea de flujo principal 126 suministra refrigerante a una salida 128 y lo pasa a través de un dispositivo de expansión principal 130 a un evaporador 132. La présenle invención puede utilizar el sifón de liquido con tanto el i n fe rcambi ado r de calor economi ador 12.4, y el evaporizador 132. El refrigerante regresa del evaporador 132 nuevamente al- compresor 112. Una línea 134 corriente abajo del intercambiado de calor economizador 124 regresa el refrigerante derivado nuevamente a un punto de comprensión intermedio en el compresor 112. Tiene que ser puntualizado que aunque todos los colectores de entrada se muestran en una configuración horizontal, el fenómeno de ma 1-d-?.s tri bución es más pronunciado en una orientación vertical. En tales circunstancias, los beneficios de la presente invención llegan a ser aun más pronunciados . Aunque una modalidad preferida de está invención se ha divulgado, un Lraba jador de habilidad ordinaria en esta técnica reconocerla que ciertas modificaciones entrarían dentro del alcance de esta invención. Por esta razón, las siguientes reivindicaciones deben ser estudiadas para determinar el alcance real y cl confenido de esta invención.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES 1. Un sistema refrigerante, caracterizado porque comprende : un compresor que suministra un refrigerante comprimido a un condensador, el refrigerante que pasa del condensador a un dispositivo de expansión, y del dispositivo de expansión a un evaporador, el evaporador que comprende un colector de entrada, un colector de salida, una pluralidad de canales que reciben el- refrigerante del colector de entrada y que lo suministran al colector de salida, y aletas dispuestas entre ios canales; y una l ínea que conecta al dispositivo de expansión y el evaporador, la línea que se proporciona con un sifón de líquido para recolectar el líquido separado de un refrigerante de vapor que pasa del dispositivo de expansión al evaporador. 2. El sisfema refrigerante de conformidad con la reivindicación 1, caracte izado porque el sifón de liquido se extiende ve rt i cal men te debajo del colector de entrada. 3. El sistema refrigerante de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el si fón de Líquido generalmente se proporciona por una porción que se extiende hacia abajo en forma de u de la linea. 4. El sistema refrigerante de conformidad con la reivindicación 1, ca acte izado porque el sifón de liquido está ubicado dentro de 5 pulgadas desde el colector de entrada . b . El sistema refrigerante de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema refrigerante también se proporciona con un circuito economizador, el circuito economizador que tiene un intercambiador de calor economizador, y cl intercambiador de calor economizador que se proporciona con una línea de derivación que conecta una linea de flujo principal a través de un dispositivo de expansión economi zador , y luego al intercambí ador de calor economizador, -la línea de derivación que es regresada a un punto de compresión intermedio en el compresor corriente abajo del intercambiador de calor econom i /.ador, y un sifón de líquido para recolectar el líquido separado de un ref ige ante de vapor que pasa del dispositivo de expansión economizador a-1 intercambiador de calor economizador. 6. El sistema re.fr i ge ran te de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el si ón de líquido incluye una pluralidad de porciones de sifón de líquido en forma de u seri lmente espaciadas. 7. Un método para operar un sistema ref igerante, caracterizado porque comprende las etapas de: proporci ona r un evaporador que tiene una pluralidad de tubos que reciben el refrigerante desde un colector de entrada, y suministrar e-1 refrigerante a un colector de salida, y desde el. colector de salida al compresor, el- compresor que suministra a l refrigerante a un condensador, y eí refrigerante que pasa del- condensador a un dispositivo de expansión, y luego nuevamente al evaporador, y que proporciona una linea de fluido que conecta el dispositivo de expansión al evaporador, -La línea de fluido que se proporciona con un sifón de líquido para capturar el líquido que se ha separado de un refrigerante de vapor; y pasar cl refrigerante a través del sistema refrigerante y tai que el sifón de líquido autorregula una velocidad del. refrigerante a medida que el líquido se separa del refrigerante de vapor para suministrar refrigerante al colector de entrada en un estado predominantemente homogéneo. 8. El método de conformidad con reivindicación 7, caracterizado porque el- sistema refrigerante además se proporciona con un circuito cconom i zador , el circuito economizador que inc Luye un intercambiador de calor economizador, y que deriva refrigerante y que pasa el refrigerante derivado a través de un dispositivo de expansión economizador al Lntercamb i ador de ca Lor economizado , y un sifón de líquido proporcionado para capturar el líquido que se ha separado de un vapor que pasa del dispositivo de expansión economi zador a 1 intercambiador de calor economizado r, y además que incluye las etapas de pasar a-1- refrigerante a través del. dispositivo de expansión economizador, y al mtercambiador de calor economizador, tal que el sifón de líquido autorrequla una velocidad del refrigerante a medida que cl líquido se separa del refrigerante de vapor para suministrar refrigerante en el intercamb-i ado r de calor economizador en un estado predominantemente de manera homogénea. 9. Un sistema de intercambiador de calor y de línea de fluido, caracterizado porque comprende: una Línea de fluido que conduce a un colector de entrada ; un si fon de 1 i qu i do sobre ia 1 í-nea de fluido; y un i ntercam i-ador de calor que tiene una pluralidad de canales que reciben un fluido del colector de entrada. 10. El sistema de -intercambiador de calor y de línea de fluido de conformidad con la reivindicación 9, caracteri ado porque el intercambiador de calor es un evaporador de sistema refrigerante. 11. El sistema de i-n terca biador de caler y de línea de fluido de conformidad con la reivindicación 9, caracferi ado porque el L nte rcam Lado r de calor es un intercambiador de calor economizador de .sistema refrigerante. 12. El sistema de i ntercamb Lador de calor y de línea de fluido de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el- sifón de liquido se extiende vertical-mente debajo del colector de entrada. 13. El sisfema de i n Le rcamb i ador de calor y de línea de fluido de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el sifón de líquido qeneralmente se proporciona por una porción que se extiende hacia abajo en forma de u de la línea. 14. El sistema de intercambiador de calor y de línea de fluido de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el sifón de -líquido está ubicado dentro de 5 pulgadas desde el colector de entrada. I b . El sistema de inte rcamb i-ador de calor y de línea de fluido de conformidad con -1-a rei vindicación 9, caracterizado porque el sifón de líquido se proporciona por una plural idad de estructuras en forma de u serialmente espaciadas .