Intercambiador de calor por evaporación y método de utilización del mismo.
Un método de intercambio de calor que comprende las etapas de:
proporcionar un aparato de intercambio de calor (10; 110)) que tiene una sección de evaporación directa (20;120) y una sección de evaporación indirecta (36; 136);
comprendiendo la sección de evaporación directa una pluralidad de láminas de llenado (22; 122),comprendiendo la sección de evaporación indirecta una pluralidad de circuitos (37; 137) cada uno de loscuales conduce una corriente de fluido;
pulverizar un líquido de evaporación generalmente hacia abajo a través de la sección de evaporación directa(20; 120); y
mover aire generalmente hacia arriba a través o a lo largo de la sección de evaporación directa (20, 120);
caracterizado por:
recoger el líquido por evaporación que pasa a través de la sección de evaporación directa (20, 120) en unabandeja de re-pulverización (26; 126) dispuesta debajo de la sección de evaporación directa (20;120) y sobrela sección de evaporación indirecta (36;136); y
mover aire generalmente hacia abajo y a través de la sección de evaporación indirecta (36; 136).
Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E05254008.
Solicitante: BALTIMORE AIRCOIL COMPANY, INC..
Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.
Dirección: 7595 Montevideo Road Jessup, MD 20794 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.
Inventor/es: CARTER, THOMAS P.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- F28B1/02 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F28 INTERCAMBIO DE CALOR EN GENERAL. › F28B CONDENSADORES DE VAPOR DE AGUA O DE OTROS VAPORES (condensación de vapores B01D 5/00; condensación durante el pretratamiento de los gases anterior a la precipitación electroestática de las partículas dispersas B03C 3/014; conjuntos funcionales de máquinas de vapor con condensadores incorporados F01K; licuefacción de gases F25J; detalles de los intercambiadores o dispositivos de transferencia de calor de aplicación general F28F). › F28B 1/00 Condensadores en los cuales el vapor de agua o cualquier otro vapor está separado del agente de refrigeración mediante paredes, p. ej. condensador de superficie. › utilizando agua o cualquier otro líquido como agente de refrigeración.
- F28C1/14 F28 […] › F28C INTERCAMBIADORES DE CALOR, NO PREVISTOS EN NINGUNA OTRA SUBCLASE, EN LOS QUE LOS MEDIOS QUE INTERCAMBIAN CALOR ENTRAN EN CONTACTO DIRECTO SIN INTERACTUAR QUIMICAMENTE (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 calor F24H; con un agente intermediario de transferencia térmica que entra en contacto directo con el medio que intercambia calor F28D 15/00 - F28D 19/00; detalles de los aparatos intercambiadores de calor de aplicación general F28F). › F28C 1/00 Enfriadores mediante contacto directo por chorreo, p. ej. torres de refrigeración (estructura de los edificios E04H 5/12; espacios cerrados enfriados por chorreo continuo F25; partes constitutivas de los enfriadores por chorreo continuo F28F 25/00). › comprendiendo también un intercambiador de calor de contacto no directo.
- F28D5/02 F28 […] › 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 5/00 Aparatos cambiadores de calor que tienen conjuntos fijos de canalizaciones solamente para uno de los medios intercambiadores de calor, estando cada uno de los medios en contacto con un lado de la pared de la canalización, que utilizan el efecto de enfriamiento de la evaporación natural o forzada. › en los cuales el medio sometido a evaporación circula en forma de película continua o chorrea libremente sobre las canalizaciones.
PDF original: ES-2392057_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Intercambiador de calor por evaporación y método de utilización del mismo.
La presente invención se refiere a un intercambiador de calor y un método de intercambio de calor y, más particularmente, a un aparato de transferencia de calor por evaporación que comprende una sección de intercambio directo de calor por evaporación y una sección de intercambio indirecto de calor por evaporación.
En las Patentes de U.S. 5.435.382 y U.S. 5.816.318 se describen unidades de transferencia de calor por evaporación que comprenden secciones de transferencia de calor tanto directa como indirecta. Estas patentes divulgan un diseño que permite recoger el líquido de evaporación de la sección de evaporación directa y posteriormente bombearlo hacia arriba para distribuirlo sobre la sección de evaporación indirecta. Existen dos limitaciones con el estado de la técnica descrito en estas patentes. En primer lugar, el líquido de evaporación debe ser bombeado hacia arriba desde la cubeta de recogida situada por debajo de la sección de evaporación directa para su distribución sobre la sección de evaporación indirecta. Esto significa que la sección de evaporación indirecta deberá estar situada en la sección superior del aparato intercambiador de calor. Si bien esta disposición proporciona beneficios para la accesibilidad a la sección indirecta después de la instalación, impone requisitos adicionales a la estructura del aparato para soportar la masa de la sección indirecta en elevaciones más altas. En segundo lugar, cuando se desea maximizar la capacidad térmica por superficie plana de aparato, la superficie plana ocupada por la sección de transferencia de calor indirecta se resta de la superficie plana del aparato disponible para el flujo vertical de aire caliente de descarga. El flujo de aire total del aparato debe entonces pasar a través de esta restante superficie plana neta de descarga más pequeña. El tamaño del dispositivo de movimiento de aire también puede ser menor que el óptimo debido al tamaño reducido de la superficie plana neta de descarga. Debido a la necesidad de que tanto la superficie plana de la sección de transferencia de calor indirecta como la superficie plana de descarga neta ocupen porciones separadas de la superficie plana total del aparato, no puede hacerse ninguna superficie tan grande como se quiera.
En la Patente U.S. 5.724.828 y en la patente U.S. 4.683.101 se divulga un aparato combinado de intercambio de calor directo e indirecto con la sección directa situada por encima de la sección indirecta. La patente U.S. 4.683.101 divulga un método acorde al preámbulo de la reivindicación 1. Sin embargo, todavía existe un problema con el mantenimiento de un flujo de pulverización de agua constante y uniforme sobre la sección indirecta. No se prevé tener en cuenta la extracción del líquido de evaporación debido al flujo horizontal de la corriente de aire de entrada. A medida que el aire se mueve hacia dentro de la unidad, tira de los bordes exteriores del líquido de evaporación que cae desde la parte inferior de la sección directa hacia el interior haciendo que la superficie plana húmeda efectiva disponible para la sección indirecta sea menor que la superficie plana de la sección directa de arriba. Además, dado que el agua que cae no se extrae de forma uniforme a lo largo de toda la superficie plana, ni la extracción es constante a distintos niveles de potencia del ventilador, la pulverización de agua resultante sobre la sección indirecta no es uniforme. Esto se aparta del rendimiento óptimo que se podría lograr con una distribución uniforme del líquido de evaporación sobre toda la sección de transferencia de calor indirecta.
La patente U.S. No. 6.598.862 divulga un aparato combinado de intercambio de calor directo e indirecto en el que la sección indirecta tiene una superficie plana más pequeña que la sección de evaporación directa situada por encima de ella. Esta aplicación nos enseña que se logra un mayor rendimiento al no permitir ningún flujo de aire a través de la sección indirecta y no tiene en cuenta el efecto de rendimiento aditivo de esta superficie de evaporación adicional. Esto limita el tamaño y la capacidad de la sección indirecta que se puede utilizar en una determinada superficie plana. Al igual que con otros diseños del estado de la técnica, el rendimiento también se resiente debido a una carga de agua de pulverización inconsistente y no uniforme en la parte superior de la sección de evaporación indirecta. Aún más, este diseño nos enseña a acelerar la velocidad de la caída de líquido de evaporación hasta por lo menos 2, 85 metros por segundo y hasta 4, 5 metros por segundo. El propósito reivindicado de estas velocidades más altas es mejorar el coeficiente de transferencia de calor de la película de líquido de evaporación que cae sobre la superficie exterior del serpentín. El impacto, si lo hay, que este líquido a mayor velocidad puede tener está limitado sólo a la superficie superior del serpentín. Una vez que el líquido golpea la superficie superior, la energía del flujo se disipa y el flujo a través del resto del serpentín es el mismo que en el caso de que el líquido de evaporación tuviera una velocidad inicial nula.
En consecuencia, es un objetivo de la presente invención proporcionar un aparato mejorado de intercambio de calor y un método, que incluyen una sección directa de intercambio de calor por evaporación y una sección indirecta de intercambio de calor por evaporación.
Es también un objetivo de la presente invención proporcionar un aparato de intercambio de calor y un método que incluyen una sección directa de intercambio de calor por evaporación por encima de una sección indirecta de intercambio de calor por evaporación, en los que se prevé una recogida intermedia de fluido de evaporación por encima de la sección indirecta de evaporación y en donde dicho fluido recogido se re-pulveriza sobre la sección indirecta de evaporación.
De acuerdo con la presente invención, se proporciona un método de intercambio de calor como se reivindica en la reivindicación 1, y un aparato de intercambio de calor tal como se reivindica en la reivindicación 18. En una forma de realización preferente de la presente invención, el sistema de intercambio de calor que utiliza la sección directa de intercambio de calor de evaporación por encima de la sección indirecta de intercambio de calor de evaporación se combina con un sistema de entrada única de aire entre la sección directa de intercambio de calor y la sección indirecta de intercambio de calor. Además, está provisto de un núcleo central de escape de tal manera que se forma un conducto en el interior de la unidad de intercambio de calor para permitir que el aire sea aspirado hacia dentro y hacia abajo a través de la sección indirecta de intercambio de calor para ser expulsado al conducto de aire y hacia arriba y fuera de la unidad de intercambio de calor.
Aún más, el rendimiento mejorado de la unidad de intercambio de calor de la presente invención se proporciona gracias a la utilización de una bandeja de recogida de re-pulverización debajo de la sección directa de intercambio de calor. La bandeja de re-pulverización recoge líquido de evaporación que fluye hacia abajo y a través de la sección directa de intercambio de calor. La bandeja de re-pulverización se configura entonces para redistribuir el líquido de evaporación a una pluralidad de boquillas de re-pulverización con el fin de proporcionar una pulverización generalmente uniforme de líquido de evaporación hacia abajo sobre y a través de la sección indirecta de intercambio de calor. La aportación de líquido de evaporación desde las boquillas de re-pulverización proporciona un suministro uniforme y consistente de líquido de evaporación a través de la sección indirecta y promueve una transferencia de calor circuito a circuito más uniforme dentro de toda la sección indirecta.
La sección indirecta en si misma se compone de una pluralidad de serpentines llenos de fluido que intercambian calor en una transferencia indirecta al líquido que fluye a través de la parte exterior de los serpentines. Además, la superficie plana de la sección indirecta de intercambio de calor puede ser óptimamente dimensionada para maximizar la capacidad de todo el aparato de intercambio de calor. En general, se prefiere que la superficie plana de la sección indirecta de intercambio de calor sea prácticamente igual a la superficie plana de la sección directa de intercambio de calor.
Además, la bandeja de recogida... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Un método de intercambio de calor que comprende las etapas de:
proporcionar un aparato de intercambio de calor (10; 110) ) que tiene una sección de evaporación directa (20; 120) y una sección de evaporación indirecta (36; 136) ; comprendiendo la sección de evaporación directa una pluralidad de láminas de llenado (22; 122) , comprendiendo la sección de evaporación indirecta una pluralidad de circuitos (37; 137) cada uno de los cuales conduce una corriente de fluido; pulverizar un líquido de evaporación generalmente hacia abajo a través de la sección de evaporación directa (20; 120) ; y mover aire generalmente hacia arriba a través o a lo largo de la sección de evaporación directa (20, 120) ;
caracterizado por:
recoger el líquido por evaporación que pasa a través de la sección de evaporación directa (20, 120) en una bandeja de re-pulverización (26; 126) dispuesta debajo de la sección de evaporación directa (20;120) y sobre la sección de evaporación indirecta (36;136) ; y mover aire generalmente hacia abajo y a través de la sección de evaporación indirecta (36; 136) .
2. El método de la reivindicación 1, que además incluye:
proporcionar un conducto de salida (24; 124) para recibir aire de la sección de evaporación indirecta (36; 136) y expulsar dicho aire del aparato intercambiador de calor (10; 110) .
3. El método de la reivindicación 2, en el que el conducto de salida (24; 124) está adyacente a la sección de evaporación indirecta (36; 136) de tal modo que el aire se mueve generalmente hacia abajo y a través de la sección de evaporación indirecta (36; 136) .
4. El método de la reivindicación 1, 2 ó 3, que incluye además:
proporcionar un canal de re-pulverización (28; 128) para recibir el liquido de evaporación recogido en la bandeja de re-pulverización (26; 126) ; y proporcionar una pluralidad de ramas de re-pulverización (30; 130) que se extienden desde el canal de repulverización (28; 128) , extendiéndose una pluralidad de boquillas (31; 131) desde las ramas de repulverización (30; 130) .
5. El método de la reivindicación 1, 2 ó 3, en el que la bandeja de re-pulverización (26; 126) comprende una estructura rectangular generalmente plana, estando la bandeja de re-pulverización (26; 126) inclinada hacia abajo, hacia un canal de re-pulverización (28; 128) de tal modo que el líquido de evaporación recogido es alimentado a una pluralidad de ramas de re-pulverización (30; 130) que se extienden desde el canal de re-pulverización (28; 128)
6. El método de cualquier reivindicación precedente, en el que la pulverización del líquido de evaporación recogido de las boquillas de re-pulverización (31; 131) es generalmente uniforme a través de la sección indirecta de evaporación (36; 136) .
7. . El método de cualquier reivindicación precedente, en el que la sección indirecta de evaporación (36; 136) comprende una pluralidad de circuitos individuales (37; 137) , y comprende además las etapas de:
mover aire generalmente en contracorriente con la pulverización del líquido de evaporación generalmente hacia arriba a través de la sección de evaporación directa (20; 120) de tal modo que se intercambia calor del líquido de evaporación al aire que se está moviendo a través de la sección de evaporación directa (20; 120) ; pasar el liquido de evaporación recogido a través de una pluralidad de ramas de re-pulverización (30; 130) que tienen cada una de ellas una pluralidad de boquillas de re-pulverización (31; 131) ; y mover aire generalmente en contracorriente con la pulverización del líquido de evaporación a través de la sección de evaporación indirecta (36: 136) de tal modo que se intercambia calor desde la corriente de fluido de los circuitos individuales (37; 137) de la sección de evaporación indirecta (36; 136) al líquido de evaporación y al aire que se mueve a través de la sección de evaporación indirecta (36; 136) .
8. El método de la reivindicación 7, que comprende además la etapa de:
proporcionar entradas de aire (32; 132) debajo de la sección de evaporación directa (20; 120) en las paredes exteriores opuestas del aparato intercambiador de calor (10; 110) de tal forma que el aire es aspirado a través de las entradas de aire (32; 132) para fluir generalmente hacia arriba a través de la sección de evaporación directa (20; 120) .
9. El método de la reivindicación 7 u 8, que además comprende la etapa de:
proporcionar entradas de aire (34; 134) encima de la sección de evaporación indirecta (36; 136) en las paredes exteriores opuestas del aparato intercambiador de calor (10; 110) de tal forma que es aspirado aire a través de las entradas de aire (34; 134) para fluir generalmente hacia abajo a través de la sección de evaporación indirecta (36; 136) .
10. El método de la reivindicación 9, que comprende además la etapa de:
proporcionar un conducto de salida de aire (24; 124) dentro del aparato intercambiador de calor (10; 110) de tal forma que el flujo de aire a través de la sección de evaporación indirecta (36; 136) es generalmente hacia abajo y en contracorriente con la entrada de aire en el conducto de salida (24; 124) desde un lado interior de la sección indirecta (36; 136) .
11. El método de cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, que además comprende la etapa de :
recoger prácticamente todo el líquido de evaporación que pasa a través de la sección de evaporación directa (20; 120) en la bandeja de re-pulverización (26; 126) , y pulverizar prácticamente todo el líquido de evaporación recogido a través de la sección de evaporación indirecta (36; 136) .
12. El método de cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, que además comprende las etapas de :
recoger prácticamente todo el líquido de evaporación que pasa a través de la sección de evaporación indirecta (36; 136) en un sumidero de recogida (40; 140) ; y
bombear prácticamente todo el líquido de evaporación recogido hacia arriba para ser distribuido y pulverizado generalmente hacia abajo a través de la sección de evaporación directa (20; 120) .
13. El método de cualquiera de las reivindicaciones 7 a 12, en el que el líquido de evaporación recogido de la bandeja de re-pulverización (26, 126) es pulverizado desde las boquillas de re-pulverización (31; 131) en un patrón generalmente uniforme a través de una porción superior de la sección indirecta de evaporación (36; 136) de tal modo que prácticamente toda la porción superior de la sección indirecta de evaporación (36; 136) recibe un patrón uniforme de liquido de evaporación pulverizado.
14. El método de cualquiera de las reivindicaciones 7 a 13, para el funcionamiento como un condensador, en donde los circuitos individuales (37; 137) de la sección indirecta por evaporación (36; 136) están dispuestos de tal manera que el fluido en cada circuito fluye simultáneamente con el flujo de líquido de evaporación que discurre generalmente hacia abajo a través de la sección indirecta evaporación (36; 136) .
15. El método de cualquiera de las reivindicaciones 7 a 15, para funcionamiento como un enfriador de fluido, en el que los circuitos individuales (37; 137) de la sección indirecta de evaporación (36; 136) están dispuestos de tal manera que el fluido en cada circuito fluye en contracorriente con el flujo de líquido de evaporación que discurre generalmente hacia abajo a través de la sección indirecta por evaporación (36; 136) .
16. El método de cualquiera de las reivindicaciones 7 a 15, en el que la bandeja de re-pulverización (26; 126) comprende una estructura generalmente rectangular, generalmente plana, estando la bandeja de re-pulverización (26; 126) inclinada hacia abajo desde un borde exterior hacia un borde interior de tal manera que el líquido de evaporación recogido entra en un canal de re-pulverización (28; 128) .
17. El método de la reivindicación 16, en el que cada una de las ramas de re-pulverización (30; 130) se extiende desde el canal de re-pulverización (28; 128) .
18. Un aparato de intercambio de calor (10; 110) que comprende:
una sección directa de evaporación (20; 120) y una sección indirecta de evaporación (36; 136) , estando la sección directa de evaporación (20; 120) colocada por encima de la sección indirecta de evaporación (36; 136) ; una entrada de aire (32; 132) generalmente entre la sección directa de evaporación (20; 120) y la sección indirecta de evaporación (36; 136) ; un ventilador (12; 112) para hacer que el aire sea aspirado generalmente hacia arriba a través de o transversalmente a la sección directa de evaporación (20; 120) desde la entrada de aire (32; 132) y generalmente hacia abajo a través de la sección indirecta de evaporación (36; 136) desde la entrada de aire (32; 132) ; un conducto central (24; 124) dentro del aparato de intercambio de calor (10; 110) , estando el conducto central situado para recibir el aire aspirado desde la sección indirecta de evaporación (36; 136) y evacuar el aire hacia arriba, comprendiendo la sección directa de evaporación (20; 120) una pluralidad de láminas de llenado (22; 122) ,
comprendiendo la sección indirecta de evaporación (36; 136) una pluralidad de circuitos individuales (37; 137) cada uno de los cuales lleva una corriente de fluido; y una entrada y una disposición de pulverización (19; 119) para el líquido de evaporación situada por encima de la sección directa de evaporación (20; 120) de tal manera que el líquido de evaporación se pulveriza hacia abajo sobre la sección directa de evaporación (20; 120) ; caracterizado por que:
una bandeja de re-pulverización (26, 126) está situada debajo de la sección directa de evaporación (20; 120) y encima de la sección indirecta de evaporación (36; 136) para recoger prácticamente todo el fluido de evaporación que pasa a través de la sección directa de evaporación (20; 120) ; y una pluralidad de ramas de re-pulverización de (30; 130) reciben el fluido de evaporación desde la
bandeja de re-pulverización (26; 126) , y una pluralidad de boquillas de re-pulverización de (31; 131) en cada rama de re-pulverización (30, 130) pulverizan el líquido de evaporación recogido en la bandeja de re-pulverización (26; 126) hacia abajo sobre la sección indirecta de evaporación (36; 136) .
19. El aparato intercambiador de calor (10; 110) de la reivindicación 18, en el que la bandeja de re-pulverización
(26; 126) comprende una estructura generalmente rectangular, generalmente plana, estando la bandeja (26; 126) inclinada hacia abajo desde un borde exterior hacia un borde interior de tal manera que el líquido de evaporación recogido entra en un canal de re-pulverización (28; 128) .
20. El aparato intercambiador de calor de la reivindicación 18 ó 19, en el que las ramas de re-pulverización de (30;
130) y las boquillas de re-pulverización (31; 131) están dispuestas en una forma que proporcionan un patrón generalmente uniforme de líquido de evaporación pulverizado a través de una porción superior de la sección indirecta de evaporación (36; 136) .
21. El aparato intercambiador de calor de la reivindicación 18, 19 ó 20, en el que el conducto central (24, 124) 30 proporciona acceso al ventilador (12, 112) y a la sección directa de evaporación (20; 120) .
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