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

Dispositivo de intercambio de calor (1) entre unos fluidos que pertenecen a dos circuitos,

respectivamente un primer circuito en el que circula un fluido portador de calor destinado a alimentar unos emisores (15) y un segundo circuito en el que circula un fluido frigorígeno sometido a unos cambios de estado, que comprende un intercambiador de tubos coaxiales (3) que comprende un tubo interno (4) destinado al paso del fluido portador de calor y un tubo externo (5) destinado al paso del fluido frigorígeno, comprendiendo el dispositivo de intercambio de calor además un depósito (2), destinado a recibir el fluido portador de calor y equipado con una entrada de fluido portador de calor (6) dispuesta en la parte baja del depósito (2) y con una salida de fluido portador de calor (7) dispuesta en la parte alta, estando el intercambiador de tubos coaxiales (3) dispuesto en el interior del depósito (2) y destinado a estar sumergido en el fluido portador de calor, estando el tubo interno (4) conectado a la entrada de fluido portador de calor (6) por un primer extremo y desembocando en el depósito (2) por un segundo extremo, caracterizado porque el tubo interno (4) presenta, entre la entrada (6) del fluido portador de calor en el depósito (2) y el intercambiador de tubos coaxiales, una porción (11), no recubierta por el tubo externo (5), en la que está practicada por lo menos una abertura de fuga (12), y porque la abertura de fuga (12) está dimensionada de manera que cree una fuga de fluido portador de calor en el depósito de un caudal (Q) comprendido entre 20 y 60% del caudal proporcionado por la entrada de fluido portador de calor (6)

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E09150032.

Solicitante: ATLANTIC CLIMATISATION ET VENTILATION.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 13 BOULEVARD MONGE 69330 MEYZIEU FRANCIA.

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

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 5 de Enero de 2009.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F24H1/20D
  • F24H9/12C2
  • F28D20/00C
  • F28D7/08 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.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. › teniendo las canalizaciones cualquier otra curvatura, p. ej. en serpentina o en zig-zag (F28D 7/10 tiene prioridad).
  • F28D7/14 F28D 7/00 […] › estando los dos tubos curvados.

Clasificación PCT:

  • F24H9/00 F […] › F24 CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION.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). › Partes constitutivas.
  • F28D20/00 F28D […] › Aparatos o plantas de acumulación de calor en general (especialmente adaptadas para aplicaciones particulares, ver los grupos apropiados, p. ej. F24D 15/02 ); Aparatos cambiadores de calor regenerativos no cubiertos por los grupos F28D 17/00 ó F28D 19/00.
  • F28D7/10 F28D 7/00 […] › estando las canalizaciones colocadas una dentro de la otra, p. ej. concéntricamente.
  • 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:

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 portador de calor 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 o unos ventilo-convectores.

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

El estado de 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 unos condensadores de serpentín. En estos dispositivos, un serpentín arrollado en espiral está alojado en el depósito. Los condensadores de serpentín están clasificados en dos subconjuntos 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 fluyen 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 unos condensadores multitubulares. Un gran número de tubos están dispuestos 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 exterior 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, o inversamente. La pared del tubo interno puede estar equipada con aletas, por el lado del fluido frigorígeno, para favorecer el intercambio térmico con el agua a calentar.

Un intercambiador de calor de tubos coaxiales según el preámbulo de la reivindicación 1 es conocido a partir del documento DE-U-20 2005 017 563.

Cualquiera que sea el condensador, el agua de calefacción asociada o no a un anticongelante está confinada en unos tubos a lo largo de todo el circuito de calefacción. Se produce entonces un fenómeno de formación de lodos difícil de resolver puesto que la limpieza de los condensadores citados no es generalmente fácil.

En lo que se refiere a los intercambiadores de placas, las pérdidas de carga por el lado del 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 o de subenfriado, al agua o al agua asociada al anticongelante. Sin embargo, los volúmenes de agua contenidos en este tipo de intercambiadores son pequeños. Por consiguiente, los condensadores de placas o coaxiales tienen muy poca inercia térmica, lo cual puede resultar problemático, en particular cuando tienen lugar los ciclos de descongelación.

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.

Con el fin de evitar estos inconvenientes, la solicitud de patente francesa presentada por el solicitante con el número 07/01444 y no publicada en la fecha de presentación de la presente solicitud, propone un dispositivo de intercambio de calor entre unos fluidos que pertenecen a dos circuitos, respectivamente un primer circuito en el que circula un fluido portador de calor destinado a alimentar unos emisores y un segundo circuito en el que circula un fluido frigorígeno sometido a unos cambios de estado, que comprende un intercambiador de tubos coaxiales que comprende un tubo interno destinado al paso del fluido portador de calor y un tubo externo destinado al paso del fluido frigorígeno, comprendiendo el dispositivo de intercambio de calor además un depósito, destinado a recibir el fluido portador de calor y equipado con una entrada de fluido portador de calor dispuesta en la parte baja del depósito y de una salida de fluido portador de calor dispuesta en la parte alta, estando el intercambiador de tubos coaxiales dispuesto en el interior del depósito y destinado a estar sumergido en el fluido portador de calor, estando el tubo interno conectado a la entrada de fluido portador de calor por un primer extremo y desembocando en el depósito por un segundo extremo.

Un dispositivo de intercambio de calor de este tipo permite reducir los fenómenos de enlodado, siendo al mismo tiempo resistente al hielo y estando adaptado a los ciclos de descongelación.

La invención prevé realizar un dispositivo de intercambiador de calor que presenta las ventajas expuestas más arriba teniendo al mismo tiempo un rendimiento mejorado.

Con este fin, la invención se refiere a un dispositivo de intercambio de calor entre unos fluidos que pertenecen a dos circuitos según la reivindicación 1.

En el caso en que el intercambiador de calor está conectado a una instalación de calefacción, el fluido portador de calor es extraído del depósito a una temperatura elevada a nivel de la salida de fluido portador de calor y es devuelto al depósito a una temperatura más baja a nivel de la entrada de fluido portador de calor.

En este caso, el fluido portador de calor intercambia calor con la pared interna del tubo externo cuando tiene lugar su paso por el intercambiador coaxial y con la pared externa del tubo externo cuando el fluido portador de calor desemboca en el depósito.

La creación de una fuga corriente arriba del intercambiador coaxial permite inyectar fluido portador de calor más frío en el depósito de manera que aumente la diferencia de temperatura entre el fluido portador de calor contenido en el depósito y el fluido que circula por el tubo externo del intercambiador coaxial.

El aumento de la diferencia de temperatura entre estos dos fluidos permite mejorar la eficacia del intercambio de calor entre estos fluidos.

Además, la creación de una fuga permite favorecer el movimiento del fluido portador de calor en el interior del depósito y por tanto una renovación del fluido portador de calor en contacto con el tubo externo. Esto permite por tanto aumentar asimismo la eficacia del intercambio de calor entre el fluido portador de calor y el fluido frigorígeno que circula por el tubo externo.

Estos dos fenómenos permiten por tanto aumentar sustancialmente el rendimiento del dispositivo de intercambio de calor.

La abertura de fuga está dimensionada de manera que cree una fuga de fluido

portador de calor en el depósito de un caudal comprendido entre 20 y 60% del caudal proporcionado por la entrada de fluido portador de calor.

Dicha gama ofrece un caudal de fuga suficiente para producir un movimiento del fluido portador de calor contenido en el depósito y para generar una diferencia de temperatura óptima entre el fluido portador de calor y el fluido que circula por el tubo externo. Dicha gama es además suficientemente baja para que una parte importante del fluido portador de calor sea dirigida hacia el intercambiador coaxial y sea calentada cuando tiene lugar su paso por éste.

Preferentemente, la abertura de fuga está dimensionada de manera que cree una fuga de fluido portador de calor en el depósito de un caudal comprendido entre 35 y 45% del caudal proporcionado por la entrada de fluido...

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo de intercambio de calor (1) entre unos fluidos que pertenecen a dos circuitos, respectivamente un primer circuito en el que circula un fluido portador de calor destinado a alimentar unos emisores (15) y un segundo circuito en el que circula un fluido frigorígeno sometido a unos cambios de estado, que comprende un intercambiador de tubos coaxiales (3) que comprende un tubo interno (4) destinado al paso del fluido portador de calor y un tubo externo (5) destinado al paso del fluido frigorígeno,

comprendiendo el dispositivo de intercambio de calor además un depósito (2), destinado a recibir el fluido portador de calor y equipado con una entrada de fluido portador de calor (6) dispuesta en la parte baja del depósito (2) y con una salida de fluido portador de calor (7) dispuesta en la parte alta,

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

caracterizado porque el tubo interno (4) presenta, entre la entrada (6) del fluido portador de calor en el depósito (2) y el intercambiador de tubos coaxiales, una porción (11), no recubierta por el tubo externo (5), en la que está practicada por lo menos una abertura de fuga (12), y porque la abertura de fuga (12) está dimensionada de manera que cree una fuga de fluido portador de calor en el depósito de un caudal (Q) comprendido entre 20 y 60% del caudal proporcionado por la entrada de fluido portador de calor (6).

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la abertura de fuga

(12) está dimensionada de manera que cree una fuga de fluido portador de calor en el depósito de un caudal (Q) comprendido entre 35 y 45% del caudal proporcionado por la entrada de fluido portador de calor (6).

3. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque la abertura de fuga (12) presenta una forma sustancialmente circular, de diámetro comprendido entre 20 y 30% del diámetro del tubo interno (4).

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el diámetro del tubo interno (4) es del orden de 16 mm y el diámetro de la abertura de fuga

(12) es del orden de 6 mm.

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el 5 tubo interno (4) desemboca a nivel de una zona media del depósito (2).

6. Instalación que comprende un dispositivo de intercambio de calor (1) según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la entrada y la salida de fluido portador de calor (6, 7) están conectadas a una red de calefacción (15).


 

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