Aparato de intercambio de calor y de aire.

Un aparato (10) de intercambio de calor y gas para un sistema hidropónico que comprende:

a. un tanque de almacenamiento (41) o aparato hidropónico;

b. por lo menos un miembro hueco alargado substancialmente vertical (11);

c. una pluralidad de miembros internos (12) separados dentro del por lo menos un miembro hueco (11), cadamiembro interno (12) tiene por lo menos una abertura a través de la cual puede fluir por lo menos un fluido;

d. unos medios para la admisión y el escape de gas (36) en conexión de fluidos con por lo menos un miembrohueco (11);

e. por lo menos un conducto (39) para drenar el por lo menos un miembro hueco al tanque dealmacenamiento o aparato hidropónico; y

f. unos medios para añadir líquido (42) a la parte superior del por lo menos un miembro hueco (11),en donde cada miembro interno (12) es sustancialmente como un disco con una orilla externa y las orillas exterioresde cada miembro interno (12) están conectados de manera sustancialmente hermética a fluidos con una superficieinterna del por lo menos un miembro hueco (11) en el que están ubicados, y en donde los medios para añadir líquido(42) al extremo superior de los miembros huecos (11) es un sistema de tubos (43) que lleva desde el tanque dealmacenamiento (41) o aparato hidropónico, el sistema de tubos está asociado funcionalmente con unos medios debomba (44), para bombear el agua/nutrientes desde el tanque de almacenamiento (41) o aparato hidropónico hastael extremo superior del por lo menos un miembro hueco (11), caracterizado porque los medios para la admisión y elescape de gases (36) están en contacto de fluidos con el extremo superior del por lo menos un miembro hueco (11),para permitir un flujo de gases, particularmente aire, adentro y afuera del por lo menos un miembro hueco (11), ypara permitir que los gases sean extraídos desde fuera de los miembros huecos (11) a través de los medios deadmisión y escape de gases (36) adentro de los miembros huecos (11).

Aparato de intercambio de calor y de aire Campo de la invención La presente invención está relacionada con un aparato de intercambio de calor y de gas para el uso con un sistema de crecimiento hidropónico y, en particular, con uno que aumenta la refrigeración y la aireación de la mezcla de agua/nutrientes mientras se disminuye la pérdida de líquido debida a la evaporación.

Técnica anterior

En hidroponía, el agua/nutrientes se mantienen, generalmente, en un gran tanque de almacenamiento y reciclado. Este líquido a menudo es calentado por calentamiento térmico o conducción por el sol. Por lo tanto, por lo general debe ser enfriado antes de que pueda aplicarse a las plantas. En general, también puede haber una acumulación de gases nocivos en el tanque de almacenamiento. Si el tanque de almacenamiento está sellado, a continuación, los gases pueden ser forzados a la solución. Este gas puede ser perjudicial para la vida de las plantas si es absorbido.

El aparato de intercambio de calor, en general, se conoce bien. En los procesos industriales, la energía calorífica es transferida por una variedad de métodos, incluyendo conducción en calentadores de resistencia eléctrica; conducción-convección en intercambiadores, dwellers y condensadores; radiación en hornos y secadores de calor radiante; y por métodos especiales, tales como calentamiento dieléctrico.

La patente de Estados Unidos número 3900537 describe una columna para intercambio de calor y de masa entre un líquido y un gas en forma de un envase a presión de armazón vertical con particiones transversales.

La patente Suiza número 182064 también describe un sistema para la combinación de un gas en un líquido.

La patente de Estados Unidos número 516590 describe un aparato para líquidos de datación por carbono que tiene un líquido y un gas de ácido carbónico que conduce a un extremo superior de la cámara de saturación con el líquido carbonatado aspirado por el extremo inferior del tanque a través del orificio de salida.

La patente de Estados Unidos número 5637231 está relacionada con un método y un aparato para utilizar ozono en un envase a presión para tratar desechos contaminados y aguas residuales.

El diseño y las pruebas de equipos prácticos de intercambio térmico se basan en los principios generales de transferencia de calor. En dispositivos simples, las cantidades vitales tales como la diferencia media de temperatura y el coeficiente de transferencia de calor a menudo pueden ser evaluados con facilidad y con considerable precisión, pero en unidades complejas de procesamiento la evaluación puede ser difícil y estar sujeta a una considerable incertidumbre. El diseño final del equipo de intercambio de calor es casi siempre un compromiso, sobre la base de criterios de ingeniería, para ofrecer el mejor rendimiento global a la luz de los requisitos de servicio.

A veces el diseño se rige por consideraciones que no tienen mucho que ver con la transferencia de calor, como el espacio disponible para el equipo o la caída de presión que se puede tolerar en las corrientes de fluidos.

Los intercambiadores de calor son tan importantes y tan ampliamente utilizados en las industrias químicas o de procesamiento que los principios de su diseño han sido altamente desarrollados. Hay disponibles unas normas elaboradas y aceptadas por Tubular Exchanger Manufacturers Association (T. E. M. A. ) (Asociación de Fabricantes de Intercambiadores Tubulares) y cubren áreas de detalles tales como materiales, métodos de construcción, técnica de diseño y dimensiones de los intercambiadores. La mayoría de intercambiadores son intercambiadores de calor de líquido a líquido, pero en ellos también se pueden tratar gases y vapores sin condensación.

Ya se conocen los intercambiadores de tipo tubular, y también los intercambiadores de tipo placa. Un intercambiador de tipo tubular por lo general tiene un primer fluido que fluye en tubos dentro de un armazón más grande hermético a líquidos. Un segundo fluido fluye en el armazón, fuera de los tubos, ya sea refrigerando o calentando el fluido que fluye en los tubos. Este calentamiento o refrigeración generalmente se realiza principalmente por conducción desde el fluido caliente al fluido refrigerador a través de la pared del tubo.

En los intercambiadores de tipo placa, unas placas de metal, generalmente con caras corrugadas, son soportadas en un bastidor; un fluido caliente pasa entre pares alternos de placas, intercambiando calor con el fluido frío en los espacios adyacentes. Las placas están separadas típicamente unos 5 mm. Se pueden separar fácilmente para su limpieza; se puede proporcionar un área adicional simplemente añadiendo más placas.

También se conocen otros métodos, más prácticos y fácilmente disponibles, para calentamiento o refrigeración. Uno de los métodos de calentamiento es el calentamiento térmico. En este tipo de calentamiento, se almacenan fluidos en envases, y el envase se expone al sol. La energía térmica del sol calienta el líquido dentro del envase.

También se conocen métodos de refrigeración, similares al principio de calentamiento térmico. Se conoce un ejemplo sencillo de refrigeración por evaporación, particularmente en camiones de larga distancia y de fuera de carretera, en este método de refrigeración, un envase de almacenamiento está rodeado por una tela, todo el envase y la tela se sumergen entonces en agua, y se conectan a la parte delantera de un vehículo en movimiento. Debido a la velocidad del vehículo en movimiento y el aire que pasa por el envase de almacenamiento, ahora rodeado por la tela húmeda, tiene lugar la evaporación. Debido al hecho de que la evaporación requiere energía térmica para calentar el agua por encima de una temperatura determinada, el calor es absorbido desde el agua dentro del envase de almacenamiento, de este modo refrigerándola.

Los métodos antes mencionados de refrigeración y calentamiento por lo general no son apropiados para las operaciones de hidroponía a pequeña escala. Los intercambiadores de tipo tubular y los intercambiadores de tipo placa son muy caros y requieren mucho mantenimiento. Por estas razones, a menudo sólo se encuentran en grandes plantas químicas. Son piezas de equipos sumamente complejos y, como tal, no pueden ser reparadas fácilmente por operarios sin formación. Se requieren conocimientos y formación especiales que en general, no está disponibles para un usuario normal. Por lo general, están adaptadas solo para situaciones de gran rendimiento.

También se conocen métodos de intercambio de gases. Se conocen operaciones de transferencia de masa conocidas como desorción, descomposición y absorción de gas.

En la absorción de gas, un vapor soluble es absorbido desde su mezcla con un gas inerte utilizando un líquido en el que lo buscado después del gas es más o menos soluble. Un ejemplo típico es el lavado de amoníaco a partir de una mezcla de amoníaco y aire por medio de agua líquida. El gas soluto se recupera posteriormente del líquido por destilación y el líquido absorbido puede ser descartado o reutilizado. A veces un soluto se quita de un líquido llevando el líquido al contacto con un gas inerte; este tipo de operación, la inversa a la absorción de gas, se llama desorción o descomposición de gas.

Los métodos de intercambio de gases tienen desventajas que son similares a la situación del intercambiador de calor. Se requieren conocimientos y formación especiales para manejar los equipos necesarios y, como tal, no son utilizados por usuarios sin ese tipo de formación. También hay piezas caras de equipos que a menudo son muy grandes y complejas, y por lo tanto están fuera del presupuesto de los usuarios más pequeños.

Sencillamente no sería económicamente viable, ni práctico, utilizar un intercambiador convencional de calor o de gases, en un negocio relativamente pequeño, tal como un productor primario hidropónico. A menudo estas piezas de equipos a gran escala tienen sus propios problemas, y, como tal, no satisfarían las necesidades de un cultivador hidropónico.

Objeto de la invención La presente invención se dirige a aparatos de intercambio de gas y de calor, que pueden superar por lo menos parcialmente las desventajas mencionadas o proporcionar al consumidor una elección útil o comercial.

De una forma, la invención reside en un aparato de intercambio de calor y de gas para un sistema hidropónico, que tiene un tanque de almacenamiento o aparato hidropónico, por lo menos un miembro hueco alargado substancialmente vertical, una pluralidad de miembros internos espaciados dentro del por lo menos un miembro hueco, cada miembro interno tiene por... [Seguir leyendo]

1. Un aparato (10) de intercambio de calor y gas para un sistema hidropónico que comprende:

a. un tanque de almacenamiento (41) o aparato hidropónico;

b. por lo menos un miembro hueco alargado substancialmente vertical (11) ;

c. una pluralidad de miembros internos (12) separados dentro del por lo menos un miembro hueco (11) , cada miembro interno (12) tiene por lo menos una abertura a través de la cual puede fluir por lo menos un fluido;

d. unos medios para la admisión y el escape de gas (36) en conexión de fluidos con por lo menos un miembro hueco (11) ;

e. por lo menos un conducto (39) para drenar el por lo menos un miembro hueco al tanque de almacenamiento o aparato hidropónico; y

f. unos medios para añadir líquido (42) a la parte superior del por lo menos un miembro hueco (11) ,

en donde cada miembro interno (12) es sustancialmente como un disco con una orilla externa y las orillas exteriores de cada miembro interno (12) están conectados de manera sustancialmente hermética a fluidos con una superficie interna del por lo menos un miembro hueco (11) en el que están ubicados, y en donde los medios para añadir líquido (42) al extremo superior de los miembros huecos (11) es un sistema de tubos (43) que lleva desde el tanque de almacenamiento (41) o aparato hidropónico, el sistema de tubos está asociado funcionalmente con unos medios de bomba (44) , para bombear el agua/nutrientes desde el tanque de almacenamiento (41) o aparato hidropónico hasta el extremo superior del por lo menos un miembro hueco (11) , caracterizado porque los medios para la admisión y el escape de gases (36) están en contacto de fluidos con el extremo superior del por lo menos un miembro hueco (11) , para permitir un flujo de gases, particularmente aire, adentro y afuera del por lo menos un miembro hueco (11) , y para permitir que los gases sean extraídos desde fuera de los miembros huecos (11) a través de los medios de admisión y escape de gases (36) adentro de los miembros huecos (11) .

2. Un aparato de intercambio de calor y gas según la reivindicación 1, que comprende más de un miembro hueco (11) alargado, tubular sustancialmente vertical.

3. Un aparato de intercambio de calor y gas según la reivindicación 2, en donde los miembros huecos (11) están conectados mediante miembros de conexión (18, 22) dispuestos en cada extremo de los miembros huecos tubulares (11) , los miembros de conexión (18, 22) están adaptados para unir tres miembros huecos (11) entre sí de una manera hermética a fluidos.

4. Un aparato de intercambio de calor y gas según la reivindicación 3, en donde el miembro de conexión

(18) en el extremo superior de los miembros huecos (11) tiene una unión de codo (19) en cada extremo del miembro de conexión (18) y una tercera unión, con forma de T (20) entre las unión de codo (19) , la unión con forma de T (20) tiene un travesaño y una bajante, cada unión de codo (19) conectada a un primer y un segundo miembro hueco (11) respectivamente, y la bajante de la unión con forma de T (20) conectada a un tercer miembro hueco (11) , cada unión de codo (19) conectada a cada lado del travesaño del miembro con forma de T (20) a través de una longitud del miembro de conexión (17) .

5. Un aparato de intercambio de calor de gas según la reivindicación 4, en donde el miembro de conexión (22) en el extremo inferior de los miembros huecos tiene un diseño substancialmente similar al miembro de conexión (18) en el extremo superior.

6. Un aparato de intercambio de calor y gas según la reivindicación 1, en donde un segundo miembro rígido alargando (23) está dispuesto dentro del por lo menos un miembro hueco vertical (11) , para proporcionar soporte, el segundo miembro (23) está fijado dentro del miembro hueco (11) de una manera concéntrica.

7. Un aparato de intercambio de calor de gas según la reivindicación 6, en donde el segundo miembro (23) está dispuesto sustancialmente en el centro del miembro hueco (11) , a fin de definir una parte anular entre el miembro hueco (11) y el segundo miembro (23) , y el segundo miembro (23) es mantenido en posición por los miembros internos (12) .

8. Un aparato de intercambio de calor y gas según la reivindicación 1, en donde el por lo menos un miembro hueco (11) es mantenido con una orientación substancialmente vertical por un bastidor de soporte.

9. Un aparato de intercambio de calor y gas según la reivindicación 6, en donde los miembros internos (12) tienen un agujero central, el agujero central de cada miembro interno se acopla con el segundo miembro dentro de cada miembro hueco para soportar los miembros internos.

10. Un aparato de intercambio de calor y gas según la reivindicación 1, en donde los miembros internos (12) están equidistantes a lo largo de la longitud de cada miembro hueco (11) .

11. Un aparato de intercambio de calor y gas según la reivindicación 1, en donde cada miembro hueco (11) tiene por lo menos tres tipos diferentes de miembros insertados, cada miembro insertado es como un disco, por lo menos un primer tipo de miembro insertado (28) situado en los extremos superiores e inferiores de los miembros huecos, el primer tipo de miembro interno tiene una pluralidad de aberturas en su superficie circular, las aberturas proporcionan una distribución uniforme de fluido alrededor del diámetro del miembro hueco,

por lo menos un segundo tipo de miembro interno (29) espaciado del primer tipo superior de miembro interno, cada segundo tipo de miembro interno tiene una pluralidad de aberturas en su superficie circular, las aberturas son de dos tamaños diferentes, las aberturas con el primer tamaño en el segundo tipo de miembro interno son de aproximadamente 40 mm de diámetro, y las aberturas con el segundo tamaño en el segundo tipo de miembro interno son de aproximadamente 15 mm de diámetro, las aberturas con los dos tamaños diferentes se alternan alrededor de la superficie circular del miembro interno, y por lo menos un tercer tipo de miembro interno (30) espaciado del segundo tipo más inferior de miembro interno y por encima del miembro insertado inferior del primer tipo, cada tercer tipo de miembro interno tiene una pluralidad de aberturas en su superficie circular, las aberturas son de dos tamaños diferentes, las aberturas con el primer tamaño en el tercer tipo de miembro interno son de aproximadamente 40 mm de diámetro, y las aberturas con el segundo tamaño en el tercer tipo de miembro interno son de aproximadamente 20 mm de diámetro, las aberturas con los dos tamaños diferentes se alternan alrededor de la superficie circular del miembro interno.

12. Un aparato de intercambio de calor y gas según la reivindicación 11, en donde cada segundo tipo de miembro interno (29) está asociado con un miembro de malla que tiene una pluralidad de aberturas de aproximadamente 1 mm de anchura en el mismo.

13. Un aparato de intercambio de calor y gas según la reivindicación 12, en donde cada tercer tipo de miembro interno (30) está asociado con un miembro de malla que tiene una pluralidad de aberturas en el mismo que son más pequeñas que las aberturas del miembro de malla asociado con el segundo tipo de miembro insertado.

14. Un aparato de intercambio de calor y gas según la reivindicación 11, en donde los miembros internos

(12) están asociados con el miembro hueco (11) de tal manera que las aberturas en los miembros internos no están alineadas.

15. Un aparato de intercambio de calor y gas según la reivindicación 1, en donde los medios para admisión y escape de gases (36) son con forma de T, la parte vertical de los medios con forma de T asociados con un extremo superior del por lo menos un miembro hueco.

16. Un aparato de intercambio de calor y gas según la reivindicación 15, en donde el travesaño de los medios con forma de T (37) tiene uniones de codo en ambos extremos, las uniones de codo están asociadas con un miembro (38) de tapón con filtro.

17. Un aparato de intercambio de calor y gas según la reivindicación 1, en donde los medios para el drenaje del miembro hueco es una abertura (39) en un extremo inferior del por lo menos un miembro hueco (11) , la abertura (39) está conectada de manera sustancialmente hermética a fluidos con un miembro tubular alargado (40) asociado con el tanque de almacenamiento o aparato hidropónico.

18. Un aparato de intercambio de calor y gas según la reivindicación 1, en donde el sistema de tubos está conectado al exterior del por lo menos un miembro hueco (11) .