Un método para calentar agua dulce utilizando calor recuperado del agua residual,

comprendiendo el método: prever un tubo central (102) para recibir el agua residual;

prever una pluralidad de conductos (108) para recibir el agua dulce, siendo los conductos de la pluralidad enrollados helicoidalmente juntos en relación paralela a lo largo de al menos una parte de la longitud del tubo central (102), estando cada uno de la pluralidad de conductos (108) en contacto con el tubo central (102) para permitir la transferencia de calor entre ellos;

hacer que el agua residual fluya través del tubo central (102) para hacer con ello que el calor procedente del agua residual sea transferido a la pluralidad de conductos (108) a través del tubo central (102); y

hacer que el agua dulce fluya a través de la pluralidad de conductos (108) para calentar por ello el agua dulce.

Metodo para calentar agua dulce

5 CAMPO DEL INVENTO

El presente invento se refiere en general a un metodo para calentar agua dulce utilizando calor procedente del agua residual o de desague. El documento EP-A-0513705 puede ser considerado como la tecnica anterior mas próxima ya que se refiere a tal metodo.

ANTECEDENTES DEL INVENTO

Los dispositivos intercambiadores de calor, o intercambiadores de calor, son dispositivos para transferir el calor de un medio a otro, típicamente de un fluido a otro o al entorno, sin permitir que los fluidos se mezclen. Algunos ejemplos son: radiadores de automóvil, acondicionadores de aire, los cuales utilizan tanto un condensador como un evaporador; y radiadores de vapor y de agua caliente, que son utilizados para producir calor. El documento WO 99/24765 (Quantum Energy Systems PTY LTD) describe un intercambiador de calor para calentar agua que utiliza una bomba de calor. El calor procedente de la condensación de un lfquido refrigerante que circula a traves de un sistema de bomba de calor puede ser transferido al agua contenida en un depósito.

Con el fin de impedir la mezcla de los fluidos, o lfquidos, hay prevista una barrera entre los dos lfquidos o medios. Se utilizan muchos disefos de barreras de intercambiador de calor diferentes. En un disefo de "placa y bastidor", que es muy compacto, dos corrientes de lfquido pasan en lados opuestos de una o mas placas. La superficie de 20 transferencia de calor total puede ser incrementada aumentando el area de las placas y el numero de placas. En un disefo de "tubo y envolvente", una corriente de flujo de lfquido pasa a traves del tubo o tubos y la otra a traves del espacio restante dentro de una envolvente que rodea a los tubos. Un disefo de tubo y envolvente de subcategoría especial serfa un disefo del tipo de serpentfn de inmersión, tal como un serpentfn de calentamiento en un depósito. Sin embargo, tanto los disefos de "placa y bastidor" como de "tubo y envolvente" son susceptibles de obstruirse y atascarse. Estos inconvenientes son considerables cuando se tienen en consideración aplicaciones relativas al tratamiento de agua residual.

Una aplicación particular de intercambiadores de calor es en el area de la reclamación o "recuperación" de calor del agua residual. Hay muchos ejemplos de sistemas de agua residual tanto de "tubo y envolvente" como de "placa y bastidor". Sin embargo, muchos de estos sistemas requieren a menudo un filtro, debido a que son susceptibles de atascarse y/u obstruirse debido a la naturaleza de su disefo. Tambien, ademas del propio intercambiador de calor, es a menudo necesario tener un aparato elaborado para realizar el tratamiento real de agua residual. Algunos de estos sistemas incluyen serpentines, pero estos serpentines forman a menudo parte de un disefo de tubo y envolvente, tal como un serpentfn de inmersión.

Los intercambiadores de calor de serpentfn helicoidal sobre tubo han sido usados durante algun tiempo. Este tipo de intercambiador de calor consiste típicamente de un solo serpentfn que es enrollado alrededor de un tubo. Los intercambiadores de calor anteriores de serpentfn sobre tubo han sido utilizados como calentadores de agua en contacto directo con el fuego, en los que la combustión tiene lugar dentro del tubo, calentando el lfquido del serpentfn. Los intercambiadores de calor de serpentfn sobre tubo son tambien utilizados para la recuperación de calor del agua residual.

Los caudales típicos de liquida han sido tradicionalmente modestos utilizando el disefo de un solo serpentfn. Las aplicaciones mas recientes de esta clase de intercambiador de calor, tales como la recuperación de calor de agua residual, han dado como resultado caudales de lfquido mucho mayores. Los intercambiadores de calor del tipo de serpentfn sobre tubo tienen una ventaja significativa en las aplicaciones de agua residual ya que el tubo central permite que el agua residual pase a su traves facilmente sin atascarse. Los índices de producción para 45 intercambiadores de calor de un solo serpentfn sobre tubos son bajos y proporcionan un buen rendimiento.

Sin embargo, en muchas aplicaciones, los caudales deseados dan como resultado una perdida de presión grande en los disefos de un solo serpentfn. La perdida es generalmente proporcional a la distancia recorrida en el serpentfn, al segundo orden del caudal, y es inversamente proporcional al area en sección transversal. Cuando se requieren largas longitudes de serpentfn, la perdida de presión resultante no es aceptable para muchas 50 aplicaciones.

Aumentando el numero de trayectos de lfquido en el lado del serpentfn del intercambiador de calor, puede reducirse la perdida de presión. Existen intercambiadores de calor de serpentfn sobre tubos que tienen multiples serpentines, con disefos diferentes que son típicamente utilizados para aplicaciones diferentes. El numero de

serpentines utilizado depende del maximo caudal deseado. Cuanto mayor es el caudal deseado, mas serpentines son necesarios para conservar las perdidas de presión en una cantidad razonable. Por ejemplo, en una unica instalación residencial, tal como en la mayor parte de las casas, un tubo nominal de media pulgada (12, 7 mm) es utilizado para un serpentfn, y se usan de 1 a 2 serpentines. Para edificios de apartamentos, se utilizan típicamente de 2 a 4 serpentines, y en instalaciones comerciales (tales como club y gimnasios, etc.) varios serpentines son típicamente utilizados por intercambiadores de calor de multiples. Cada disefo no esta necesariamente limitado a una aplicación dada (una unidad de 4 serpentines podría ser usada para una aplicación comercial y residencial) . Lo importante es que el numero de serpentines sea lo bastante elevado para mantener la perdida de presión lo bastante baja para el caudal en una aplicación dada.

La fig. 1 ilustra un intercambiador de calor convencional con multiples serpentines, previstos cada uno como helices de un solo serpentfn. En tal disefo conocido de un intercambiador de calor 10, hay previsto un tubo central 12 que tiene un extremo 14 de entrada del tubo central y un extremo 16 de salida del tubo central. En el intercambiador de calor 10 de dos serpentines de la fig. 1, un primer serpentfn 18 esta situado alrededor de una primera parte del tubo 12 y un segundo serpentfn 20 esta situado alrededor de una segunda parte del tubo 12. El primer serpentfn 18 tiene un primer extremo de entrada 22 de serpentina previsto cerca del extremo de salida 16 del tubo central y un primer extremo de salida 24 de serpentfn previsto cerca del punto central de la longitud del tubo central 12. El segundo serpentfn 20 tiene un extremo de entrada 26 previsto cerca del punto central de la longitud del tubo central 12 y un extremo de salida 28 previsto cerca del extremo de entrada 14 del tubo central. El uso de los terminos extremos de entrada y de salida anteriores presupone que un flujo de lfquido en el tubo central 12 tiene un sentido diferente que el flujo de lfquido en el primer y segundo serpentines 18 y 20.

El flujo de entrada de lfquido total para los serpentines es así dividido en dos, de modo que una parte de los flujos de lfquido entrantes a cada uno de los dos serpentines 18 y 20, entra en un extremo de entrada del mismo. Esto reduce la perdida total de presión de lfquido a traves de los serpentines en comparación con el disefo de un unico serpentfn. Sin embargo, para conseguir esto, se requiere un cabezal o multiple que conecte los multiples serpentines juntos, ya que los puntos de flujo de entrada y los puntos de flujo de salida del intercambiador de calor estan distribuidos sobre la longitud del tubo central. Los diferentes serpentines no realizaran su función sin el cabezal, ya que sin el cabezal el flujo de entrada podría alcanzar sólo al primer serpentfn, y el flujo de salida del primer serpentfn podría no salir en el extremo de salida del tubo central. El cabezal puede incluir un cabezal 30 de flujo de entrada y un cabezal 32 de flujo de salida, que conectan los extremos de flujo de entrada y flujo de salida de los serpentines, respectivamente.

Aunque los serpentines son capaces de tratar flujos de lfquido en paralelo uno con otro, los propios serpentines estan colocados en secciones longitudinales distintas sucesivas del tubo central. Como se ha mencionado antes, el tratamiento de flujos del lfquido paralelos requiere que el intercambiador de calor incluya el cabezal. La necesidad de un cabezal requiere un tiempo de producción adicional, así como un tiempo de instalación adicional.

Algunos disefos de intercambiador... [Seguir leyendo]

1. Un metodo para calentar agua dulce utilizando calor recuperado del agua residual, comprendiendo el metodo: prever un tubo central (102) para recibir el agua residual; prever una pluralidad de conductos (108) para recibir el agua dulce, siendo los conductos de la pluralidad enrollados helicoidalmente juntos en relación paralela a lo largo de al menos una parte de la longitud del tubo central (102) , estando cada uno de la pluralidad de conductos (108) en contacto con el tubo central (102) para permitir la transferencia de calor entre ellos; hacer que el agua residual fluya traves del tubo central (102) para hacer con ello que el calor procedente del agua residual sea transferido a la pluralidad de conductos (108) a traves del tubo central (102) ; y hacer que el agua dulce fluya a traves de la pluralidad de conductos (108) para calentar por ello el agua dulce.

2. El metodo segun la reivindicación 1, en el que: el agua residual es obligada a fluir en una primera dirección y el agua dulce es obligada a fluir en una segunda dirección; y la primera dirección es sustancialmente opuesta a la segunda dirección.

3. El metodo segun la reivindicación 1 en el que: el agua residual es obligada a fluir en una primera dirección y el agua dulce es obligada a fluir en una segunda dirección; y la primera dirección es sustancialmente la misma que la segunda dirección.

4. El metodo segun la reivindicación 1 en el que: cada conducto de la pluralidad (108) incluye una unica entrada prevista en un primer extremo de dicho conducto para recibir agua dulce y una unica salida dispuesta en el extremo opuesto del primer extremo para descargar agua dulce calentada; el metodo incluye ademas la operación de prever un cabezal de entrada (122, 222) en comunicación de fluido con la unica entrada prevista en el primer extremo de cada conducto respectivo; la operación de prever un cabezal de salida (124, 224) en comunicación de fluido con la salida en el extremo de cada conducto; en que la operación de hacer que el agua dulce fluya incluye permitir que el agua dulce procedente del cabezal de entrada fluya a la entrada de cada conducto y en la que el metodo incluye ademas la operación de descargar el agua dulce desde la salida en el extremo de cada conducto al cabezal de salida (124, 224) .

5. El metodo segun la reivindicación 1 en el que dicha pluralidad de conductos comprenden seis conductos y en el

que: cada conducto incluye una unica entrada prevista en un primer extremo de dicho conducto para recibir agua dulce y una unica salida prevista en el extremo opuesto al primer extremo para descargar agua dulce calentada, teniendo dichos extremos de los conductos dichas salidas situadas en el mismo lugar y unidas, en comunicación de fluido, con un cabezal de salida cilfndrico (124) ; y teniendo los primeros extremos de los conductos dichas entradas que estan situadas en el mismo lugar y unidas, en comunicación de fluido, con un cabezal de entrada cilfndrico (122) , en el que el metodo incluye ademas la operación de mezclar el agua calentada descargada desde los extremos de los conductos que tienen dichas salidas, estando dispuesto dicho cabezal de salida cilfndrico (124) para realizar dicho mezclado.

6. El metodo segun la reivindicación 1 o la reivindicación 5 en el que la pluralidad de conductos (108) se extiende sustancialmente a lo largo de toda la longitud del tubo central (102) .

7. El metodo segun la reivindicación 1 en el que los conductos de la pluralidad (108) estan enrollados helicoidalmente alrededor del tubo central (102) de tal modo que minimicen la separación entre conductos adyacentes.