DISPOSITIVO DE INTERCAMBIO DE CALOR ENTRE UNOS FLUIDOS QUE PERTENECEN A DOS CIRCUITOS.

Instalación que comprende un dispositivo de intercambio de calor (1),

un primer circuito en el que circula un fluido caloportador que alimenta unos emisores (14, 26) y un segundo circuito que comprende un compresor y un órgano de expansión, en el que circula un fluido frigorígeno sometido a unos cambios de estado, comprendiendo el dispositivo un intercambiador de tubos coaxiales (3) que comprende un tubo interno (4) y un tubo externo (5), circulando el fluido caloportador en el tubo interno (4), y circulando el fluido frigorígeno en el tubo externo (5),

caracterizada porque el dispositivo comprende un depósito (2), que recibe el fluido caloportador y equipado con una entrada de fluido caloportador (6) dispuesta en la parte inferior del depósito (2) y con una salida de fluido caloportador (7) dispuesta en la parte superior,

estando el intercambiador de tubos coaxiales (3) dispuesto en el interior del depósito (2) y sumergido en el fluido caloportador, estando el tubo interno (4) conectado a la entrada de fluido caloportador (6) por un primer extremo y desembocando en el depósito (2) por un segundo extremo

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E08356030.

Solicitante: ATLANTIC CLIMATISATION ET VENTILATION.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 13 BOULEVARD MONGE,69330 MEYZIEU.

Inventor/es: CHAPELLE, JEAN-PAUL, SAISSET,LUC, MELJAC,LAURE.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 25 de Febrero de 2008.

Fecha Concesión Europea: 21 de Abril de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F24D11/02C
  • F24D3/08 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F24 CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION.F24D SISTEMAS DE CALEFACCION DOMESTICA O PARA OTROS LUGARES, p. ej. SISTEMAS DE CALEFACCION CENTRAL; SISTEMAS PARA SUMINISTRAR AGUA CALIENTE DE USO DOMESTICO; SUS ELEMENTOS O PARTES CONSTITUTIVAS (prevención de la corrosión C23F; suministro de agua en general E03; utilización del vapor o de los condensados provinientes, bien de la extracción o bien del escape de las plantas motrices a vapor para fines de calentamiento F01K 17/02; purgadores de agua de condensación F16T; estufas u hornillas para uso doméstico F24B, F24C; calentadores de agua o de aire que tienen medios para producir vapor F24H; sistemas combinados de calefacción y refrigeración F25B; aparatos o elementos cambiadores de calor F28; eliminación de incrustaciones F28G; elementos o disposiciones de calefacción eléctrica H05B). › F24D 3/00 Sistemas de calefacción central por agua caliente (F24D 10/00, F24D 11/00 tienen prioridad). › combinados con sistemas de suministro doméstico de agua caliente.
  • F24H1/20 F24 […] › F24H CALENTADORES DE FLUIDOS, p. ej. CALENTADORES DE AGUA O DE AIRE, QUE TIENEN MEDIOS PARA PRODUCIR CALOR, EN GENERAL (sustancias para la transferencia, intercambio o almacenamiento de calor C09K 5/00; hornos de cracking térmico no catalítico C10G 9/20; dispositivos, p. ej. válvulas, para ventilación o aireación de recintos F16K 24/00; purgadores de agua de condensación o dispositivos análogos F16T; producción de vapor F22; aparatos de combustión F23; estufas domésticas u hornillas F24B, F24C; sistemas de calefacción doméstica o de otros lugares F24D; hornos, hornos de cuba, retortas F27; cambiadores de calor F28; dispositivos o elementos de calentamiento eléctrico H05B). › F24H 1/00 Calentadores de agua que tienen medios para producir calor, p. ej. caldera, calentador de agua instantáneo, calentador de agua por acumulación térmica (F24H 7/00, F24H 8/00 tienen prioridad; partes constitutivas F24H 9/00; calderas de vapor F22B; estufas u hornillas de uso doméstico con medios adicionales para calentar agua F24B 9/00, F24C 13/00). › con elementos de calentamiento sumergidos, p. ej. elementos eléctricos o tubos del hogar.
  • F28D20/00C2
  • F28D7/14 F […] › F28 INTERCAMBIO DE CALOR EN GENERAL.F28D INTERCAMBIADORES DE CALOR, NO PREVISTOS EN NINGUNA OTRA SUBCLASE, EN LOS QUE LOS MEDIOS QUE INTERCAMBIAN CALOR NO ENTRAN EN CONTACTO DIRECTO (materiales de transferencia de calor, de intercambio de calor o de almacenamiento de calor C09K 5/00; calentadores de fluidos que tienen medios para producir y transferir calor F24H; hornos F27; partes constitutivas de los aparatos intercambiadores de calor de aplicación general F28F ); APARATOS O PLANTAS DE ACUMULACION DE CALOR EN GENERAL. › F28D 7/00 Aparatos cambiadores de calor que tienen conjuntos fijos de canalizaciones tubulares para los dos medios que intercambian calor, estando cada uno de los medios en contacto con un lado de la pared de la canalización. › estando los dos tubos curvados.

Clasificación PCT:

  • F24D3/08 F24D 3/00 […] › combinados con sistemas de suministro doméstico de agua caliente.
  • F28D7/14 F28D 7/00 […] › estando los dos tubos curvados.

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.

DISPOSITIVO DE INTERCAMBIO DE CALOR ENTRE UNOS FLUIDOS QUE PERTENECEN A DOS CIRCUITOS.

Fragmento de la descripción:

Dispositivo de intercambio de calor entre unos fluidos que pertenecen a dos circuitos.

La presente invención se refiere a un dispositivo de intercambio de calor entre unos fluidos que pertenecen a dos circuitos.

Estos dispositivos comprenden generalmente un primer circuito en el que circula un fluido caloportador destinado a alimentar unos emisores y un segundo circuito en el que circula un fluido frigorígeno sometido a unos cambios de estado.

Los emisores pueden ser en particular unos suelos calefactores, unos radiadores de baja temperatura o unos ventilo-convectores.

Estos dispositivos están destinados en particular a equipar unas instalaciones de calentamiento, eventualmente reversibles, de tipo bomba de calor formando unos condensadores, o unos evaporadores.

La técnica tiene en cuenta cuatro categorías de condensadores que equipan las bombas de calor en las que el fluido frigorígeno intercambia calor con agua o con agua asociada a un anticongelante.

La primera categoría está constituida por los condensadores de serpentín. En estos dispositivos, un serpentín arrollado en espiral está alojado en un depósito. Los condensadores de serpentín se clasifican en dos sub-conjuntos según que el fluido frigorígeno circule en el depósito o en el interior del serpentín.

La segunda categoría se refiere a los condensadores de placas soldadas. Estos condensadores se componen de varias placas de acero inoxidable. Las placas forman unos espacios separados entre sí, en los que fluye separadamente el fluido frigorígeno destinado a condensarse y el agua a calentar, asociada o no a un anticongelante. Las placas son conductoras y favorecen el intercambio de calor.

La tercera categoría está compuesta por los condensadores multitubulares. Un gran número de tubos están colocados en el interior de una virola. En estos tubos circula el agua a calentar, asociada o no a un anticongelante. La condensación del fluido frigorígeno se efectúa en la virola, sobre la superficie externa de los tubos de agua. En cada extremo de la virola se encuentran unas cajas de agua que distribuyen el agua en serie y en paralelo en los diversos tubos.

Por último, la cuarta categoría se refiere a los condensadores de tubos coaxiales, denominados asimismo más sucintamente condensadores coaxiales. Se componen de dos tubos coaxiales, respectivamente un tubo interno y un tubo externo, arrollados juntos en espiral. En el tubo interno circula el agua, asociada o no a un anticongelante, circulando el fluido frigorígeno en el tubo externo. La pared del tubo interno puede estar equipada con aletas, por el lado fluido frigorígeno, para favorecer el intercambio térmico con el agua a calentar.

Estas cuatro categorías de condensadores pueden desempeñar asimismo la función de evaporador cuando las bombas de calor que equipan se utilizan en modo enfriamiento.

Sea cual sea el condensador, el agua de calentamiento asociada o no a un anticongelante, está confinada en unos tubos a lo largo del circuito de calentamiento. Se produce entonces un fenómeno de enlodado difícil de resolver puesto que generalmente la limpieza de los condensadores citados anteriormente no es fácil.

En lo que se refiere a los intercambiadores de placas, las pérdidas de carga por el lado agua son importantes y necesitan la presencia de bombas de circulación potentes. La resistencia al hielo es además muy baja.

En el caso de los intercambiadores de placas o de los intercambiadores coaxiales, el fluido frigorígeno transfiere eficazmente su energía de condensación, de desobrecalentamiento y de sub-enfriamiento, con agua o con agua asociada al anticongelante. Sin embargo, los volúmenes de agua contenidos en este tipo de intercambiadores son bajos. Por consiguiente, los condensadores de placas o coaxiales tienen muy poca inercia térmica, lo cual puede resultar problemático, en particular durante los ciclos de desescarchado.

Por último, en el caso de los condensadores coaxiales, la superficie de intercambio entre el fluido frigorígeno y el agua, asociada o no a un anticongelante, se limita a la superficie de la pared del tubo interno, lo cual reduce el rendimiento del dispositivo.

La invención prevé remediar estos inconvenientes proponiendo un dispositivo de intercambio de calor que reduzca los fenómenos de enlodado, que resista a la congelación, adaptado a los ciclos de desescarchado, y que presente un rendimiento elevado.

Con este fin, la invención se refiere a una instalación según la reivindicación 1.

Los intercambios de calor se producen entonces, ya no sólo a nivel de la pared del tubo interno del intercambiador coaxial, sino también por medio de la pared del tubo externo de éste. El rendimiento mejora por lo tanto en gran medida.

Además, el agua que circula en el intercambiador coaxial ya no está confinada en unos tubos, sino que desemboca en un depósito fácil de limpiar, lo cual permite evitar los fenómenos de enlodado.

Este depósito constituye asimismo una zona tampón que presenta un volumen de agua importante y, por consiguiente, una inercia incrementada que permite en particular adaptarse a los ciclos de desescarchado.

Ventajosamente, el tubo interno desemboca a nivel de una zona media del depósito.

Preferentemente, el dispositivo de intercambio de calor comprende

una primera y una segunda entradas de fluido caloportador, dispuestas respectivamente en la parte inferior y en la parte media del depósito, una primera y una segunda salidas de fluido caloportador, dispuestas respectivamente en la parte media y en la parte superior del depósito,

un primer y un segundo intercambiadores de tubos coaxiales, dispuestos en el interior del depósito y destinados a ser sumergidos en el fluido caloportador, que presentan cada uno un tubo interno y un tubo externo,

estando el tubo interno del primer intercambiador de tubos coaxiales conectado, por un extremo, a la primera entrada de fluido caloportador y desembocando, por el otro extremo, en la zona media del depósito,

estando el tubo interno del segundo intercambiador de tubos coaxiales conectado, por un extremo, a la segunda entrada de fluido caloportador y desembocando, por el otro extremo, en la zona superior del depósito,

estando el tubo externo del primer intercambiador conectado, a nivel de su extremo superior, al extremo inferior del tubo externo del segundo intercambiador, de manera que define un tubo único de circulación destinado al paso del fluido frigorígeno.

El dispositivo de calor puede estar conectado así a dos emisores distintos, estando cada emisor conectado a un intercambiador de tubos coaxiales.

Más particularmente, las segundas entrada y salida, dispuestas en la parte superior del depósito, están destinadas a ser conectadas a un emisor que funciona con agua a alta temperatura.

Las primeras entrada y salida, dispuestas en la parte inferior del depósito, están destinadas a ser conectadas a un emisor que funciona con agua a temperatura menos elevada.

Se puede así, por ejemplo, producir agua caliente sanitaria, que necesita una temperatura importante, conectando al mismo tiempo una red de calentamiento, que funciona con una temperatura más baja.

Se debe observar que los intercambiadores actuales que aseguran la producción del agua caliente sanitaria no permiten el calentamiento simultáneo de la habitación y del agua sanitaria.

Según una variante de realización de la invención, el dispositivo de intercambio de calor comprende

una primera y una segunda entradas de fluido, dispuestas respectivamente en la parte inferior y en la parte media del depósito, una primera y una segunda salidas de fluido, dispuestas respectivamente en la parte media y en la parte superior del depósito,

estando el tubo interno del intercambiador de tubos coaxiales conectado, por un extremo, a la primera entrada de fluido caloportador y desembocando, por el otro extremo, en la zona media del depósito,

un serpentín que comprende un extremo conectado al tubo externo del intercambiador de tubos coaxiales de manera que define un tubo único de circulación destinado a ser conectado a un circuito de fluido frigorígeno.

Según una característica de la invención, el extremo desembocante de cada tubo interno está equipado con un rompechorros.

Los rompechorros permiten limitar la...

 


Reivindicaciones:

1. Instalación que comprende un dispositivo de intercambio de calor (1), un primer circuito en el que circula un fluido caloportador que alimenta unos emisores (14, 26) y un segundo circuito que comprende un compresor y un órgano de expansión, en el que circula un fluido frigorígeno sometido a unos cambios de estado, comprendiendo el dispositivo un intercambiador de tubos coaxiales (3) que comprende un tubo interno (4) y un tubo externo (5), circulando el fluido caloportador en el tubo interno (4), y circulando el fluido frigorígeno en el tubo externo (5),

caracterizada porque el dispositivo comprende un depósito (2), que recibe el fluido caloportador y equipado con una entrada de fluido caloportador (6) dispuesta en la parte inferior del depósito (2) y con una salida de fluido caloportador (7) dispuesta en la parte superior,

estando el intercambiador de tubos coaxiales (3) dispuesto en el interior del depósito (2) y sumergido en el fluido caloportador, estando el tubo interno (4) conectado a la entrada de fluido caloportador (6) por un primer extremo y desembocando en el depósito (2) por un segundo extremo.

2. Instalación según la reivindicación 1, caracterizada porque el tubo interno (4) desemboca a nivel de una zona media del depósito (2).

3. Instalación según una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque el dispositivo comprende:

- una primera (6) y una segunda (21) entradas de fluido caloportador, dispuestas respectivamente en la parte inferior y en la parte media del depósito (2), una primera (7) y una segunda (22) salidas de fluido caloportador, dispuestas respectivamente en la parte media y en la parte superior del depósito (2)

- un primer (3) y un segundo (23) intercambiadores de tubos coaxiales, dispuestos en el interior del depósito (2) y destinados a ser sumergidos en el fluido caloportador, que presentan cada uno un tubo interno (4, 24) y un tubo externo (4, 25),

- estando el tubo interno (4) del primer intercambiador de tubos coaxiales (3) conectado, por un extremo, a la primera entrada de fluido caloportador (6) y desembocando, por el otro extremo, en la zona media del depósito (2),

- estando el tubo interno (24) del segundo intercambiador de tubos coaxiales (23) conectado, por un extremo, a la segunda entrada de fluido caloportador (21) y desembocando, por el otro extremo, en la zona superior del depósito (2),

- estando el tubo externo (5) del primer intercambiador (3) conectado, a nivel de su extremo superior, al extremo inferior del tubo externo (25) del segundo intercambiador (23), de manera que define un único tubo de circulación destinado al paso del fluido frigorígeno.

4. Instalación según una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque el dispositivo comprende:

- una primera (6) y una segunda (21) entradas de fluido, dispuestas respectivamente en la parte inferior y en la parte media del depósito (2), una primera (7) y una segunda (22) salidas de fluido, dispuestas respectivamente en la parte media y en la parte superior del depósito (2),

- estando el tubo interno (4) del intercambiador de tubos coaxiales (3) conectado, por un extremo, a la primera entrada de fluido caloportador (6) y desembocando, por el otro extremo, en la zona media del depósito (2),

- un serpentín (28) que comprende un extremo conectado al tubo externo (5) del intercambiador de tubos coaxiales (3) de manera que define un único tubo de circulación destinado a ser conectado a un circuito de fluido frigorígeno.

5. Instalación según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el extremo desembocante de cada tubo interno (4, 24) está equipado con un rompechorros (8).

6. Instalación según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque el depósito (2) comprende por lo menos una resistencia eléctrica (11) que constituye un calentamiento de apoyo.

7. Instalación según la reivindicación 6, caracterizada porque la resistencia (11) está posicionada por encima del intercambiador de tubos coaxiales (3) conectado en la parte inferior del depósito (2).

8. Instalación según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque comprende por lo menos una vesícula de expansión (33) dispuesta en el interior del depósito (2).

9. Instalación según una de las reivindicaciones 3 a 8, caracterizada porque las segundas entrada (21) y salida (22) de fluido están conectadas a un preparador de agua caliente sanitaria (26).

10. Instalación según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque por lo menos una entrada (6) y por lo menos una salida (7) de fluido caloportador están conectadas a una red de calentamiento (14).

11. Instalación según una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque comprende:

- un bucle de circulación (29) que conecta la salida superior (7) y la entrada inferior (6) de fluido caloportador, equipado con medios de circulación de fluido caloportador, por ejemplo con una bomba (30),

- una entrada (31) y una salida (32) adicionales, dispuestas respectivamente en la parte inferior y en la parte superior del depósito (2), conectadas a un emisor (14).

12. Instalación según una de las reivindicaciones 10 y 11, en combinación con una de las reivindicaciones 3 y 4, caracterizada porque comprende un primer conducto (34) conectado al extremo superior del tubo externo (25) del segundo intercambiador de tubos coaxiales (23) o al extremo superior del serpentín (28), y un segundo conducto (35) conectado al extremo inferior de éste, estando el primer (34) y el segundo (35) conductos conectados entre sí en un punto de conexión (36) y comprendiendo respectivamente un primer (37) y un segundo (38) medios de interrupción del flujo, por ejemplo una válvula anti-retorno o una válvula de aislamiento.

13. Instalación según la reivindicación 12, caracterizada porque el primer medio de interrupción del flujo es una válvula anti-retorno (27) apropiada para impedir la circulación del fluido frigorígeno del segundo intercambiador de tubos coaxiales (23) o del serpentín (28) hacia el punto de conexión (36), siendo el segundo medio de interrupción del fluido una válvula anti-retorno (38) apropiada para impedir la circulación del fluido frigorígeno del punto de conexión (36) hacia el primer intercambiador de tubos coaxiales (3).

14. Instalación según una de las reivindicaciones 12 y 13, caracterizada porque comprende un tercer conducto (39) conectado al extremo superior del tubo externo (5) del primer intercambiador coaxial (3) y un cuarto conducto (40) conectado al extremo inferior de éste, estando los tercer (39) y cuarto (40) conductos conectados entre sí en un punto de conexión (41) y comprendiendo respectivamente un tercer (42) y un cuarto (43) medios de interrupción del flujo, por ejemplo una válvula de aislamiento.


 

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