BRPI0718686B1

BRPI0718686B1 - Trocadores de calor, seus dispositivos, seus métodos de fabricação, desumidificador e resfriador evaporativo

Info

Publication number: BRPI0718686B1
Application number: BRPI0718686-0A
Authority: BR
Inventors: Frederik Simon Van Heeswijk; Johannes Antonius Maria Reinders; Paul Magnus Clarkson; Andreas J.L. Nijssen
Original assignee: Oxycom Beheer B.V.
Priority date: 2006-11-09
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2019-05-14
Also published as: ES2597811T3; WO2008055981A1; EP2087305A1; KR20090089386A; JP5602429B2; GB0622355D0; AU2007316573A1; MX2009005025A; AU2007316573B2; CN101636630B; CA2674199C; US20110120685A1; EP2087305B1; TW200837325A; BRPI0718686A2; US9689626B2; JP2010509559A; IL198669A0; RU2009121833A; ZA200904030B

Abstract

trocadores de calor, seus dispositivos, seus métodos de fabricação, desumidificador e resfriador evaporativo a presente invenção refere-se a um trocador de calor (20) que compreende: um par de placas condutoras de calor, geralmente planas (10) dispostas em uma relação espaçada, geralmente paralela; elementos de espaçamento (22) que separam as placas (10) uma da outra e que definem um primeiro (26) e um segundo (28) canais de fluxo entre as placas (10) para um fluxo em uma primeira direção e uma segunda direção, respectivamente; em que as placas (10) dentro de pelo menos o primeiro canal (26) estão divididas em aletas (14), as aletas sendo separadas umas das outras na primeira direção e sendo deslocadas da placa (10) perpendicular à primeira direção para uma pluralidade de posições deslocadas.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para TROCADORES DE CALOR, SEUS DISPOSITIVOS, SEUS MÉTODOS DE FABRICAÇÃO, DESUMIDIFICADOR E RESFRIADOR EVAPORATIVO. ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a dispositivos de troca de calor de alta eficiência do tipo que pode trocar calor entre um fluxo de ar primário ou de produto e um fluxo de ar secundário ou de trabalho sujeitos a um diferencial de calor mínimo. Tais dispositivos podem operar para prover uma recuperação de calor em combinação com ventilação para propósitos domésticos e podem também ser utilizados em dispositivos de resfriamento evaporativo. A invenção também refere-se à utilização de tal trocador de calor de alta eficiência em combinação com um dispositivo de resfriamento de modo a desumidificar o ar.

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

Os dispositivos de troca de calor de uma forma ou outra estão presentes virtualmente em todos os dispositivos e processos. O desempenho de uma ação invariavelmente envolve a liberação de energia na forma de calor. Se não requerido, o calor será frequentemente liberado para o ambiente através de uma superfície de condução de calor apropriada provida, por exemplo, com aletas de resfriamento. Se a quantidade de calor for excessiva ou se este puder ser empregado para propósitos úteis, um trocador de calor específico pode ser provido para transportar o calor, por exemplo, para outro sistema. A troca de calor pode também acontecer entre diferentes meios: meios de gás, líquidos e sólidos podem ser interfaceados em todas as combinações de acordo com o desempenho requerido. A presente invenção refere-se a trocadores de calor do tipo ar para ar. É apesar de tudo o caso em que o calor é transferido de um fluxo de ar para o outro por condução através de um meio sólido.

Os trocadores de ar para ar são mais comumente formados como trocadores de calor do tipo de membrana ou placa. Um canal primário está separado de um canal secundári por uma placa ou membrana condutora de calor. Os fluxos de ar primário e secundário fluem através dos resPetição 870180151789, de 14/11/2018, pág. 6/15 pectivos canais e o calor é transmitido de um fluxo para o outro através da parede condutora. Para uma eficiência ótima, os fluxos de ar serão dispostos para fluírem geralmente opostos um ao outro em contrafluxo. Em certas situações a praticidade dita que o fluxo deve acontecer em fluxo cruzado, por meio de que um fluido flui perpendicular ao outro. Geralmente, a membrana condutora de calor será formada de um material que tenha boas propriedades de condução térmica. Os metais, especificamente o aço e o alumínio podem portanto ser preferidos. Em certas situações no entanto, materiais com uma condutividade térmica mais baixa podem ser utilizados, sujeitos à espessura do material sendo minimizada. Como a quantidade de calor transferida através de uma membrana ser proporcional ao gradiente de temperatura através da mesma, a redução da espessura de uma membrana pode rapidamente compensar uma diminuição em condutividade térmica.

Um problema que pode surgir com certos projetos de trocador de calor de membrana e placa é a presença de condução de calor indesejada ao longo do trocador de calor na direção de fluxo. Este problema é significativo em trocadores de calor de alta eficiência projetados para operar através de um baixo gradiente de temperatura. Para uma disposição de contrafluxo, a condução de calor através do trocador de calor na direção de fluxo leva a uma redução no diferencial de calor entre a entrada e a saída. Por esta razão, os materiais plásticos têm frequentemente sido preferidos para os dispositivos de recuperação de calor em sistemas de aquecimento e ventilação.

Foi também anteriormente proposto instalar placas em um trocador de calor de tal modo que a própria placa transfere o calor dentro de seu plano do primeiro fluxo para o segundo fluxo. A separação do primeiro e do segundo canais é provida por separadores entre planos adjacentes ao invés de pela própria placa. Como o separador não mais tem uma função de transmissão de calor este pode ser fabricado de um material isolante, assim reduzindo a seção transversal para fluxo de calor na direção longitudinal de fluxo. Um dispositivo deste tipo foi mostrado na JP58035387 A. Apesar de tudo, este princípio de operação não foi geralmente adotado, possivelmente devido à complexidade de fabricação aumentada em conseguir uma grande área de superfície e somente um aperfeiçoamento limitado em eficiência. Um dispositivo adicional que foi tentado aperfeiçoar a eficiência de troca de calor está mostrado na US 5832992. De acordo com esta publicação, uma 5 pluralidade de fios está disposta em esteiras através das quais o ar pode fluir. Os fios estão relativamente empacotados estreitamente juntos tendo um passo de 1,5 a 2,5 vezes o diâmetro do fio.

Outro campo que está estreitamente relacionado com a troca de calor é aquele da (des)umidificação. Nas indústria de aquecimento, resfria10 mento, ventilação e condicionamento de ar, a troca de calor de desumidificação ou a umidificação caminham lado a lado. A umidificação é geralmente mais simples já que o aumento em entropia facilita o processo. A desumidificação, no entanto, requer energia e é esforço considerável sobre os projetista. Os desumidificadores convencionais fazem uso de uma roda de desse15 cante que utiliza, por exemplo, sílica gel ou similar. O dessecante absorve a umidade de um fluxo de ar que passa sobre o mesmo. Pela absorção de vapor, uma energia considerável é liberada fazendo com que o fluxo de ar ou a roda de dessecante seja aquecido. Nos sistemas de resfriamento, este calor de absorção reduz a eficiência do resfriamento. O dessecante deve 20 também ser periodicamente regenerado evaporando a umidade absorvida.

Esta etapa também requer uma energia considerável que corresponde ao calor latente de evaporação do líquido. Uma roda de dessecante deste tipo é conhecida da US 5542968.

Para um ar de alta umidade, modos alternativos de desumidifi25 cação também foram sugeridos. Resfriando o ar para abaixo de seu ponto de orvalho, a condensação de vapor ocorrerá. Apesar do ar permanecer próximo do nível de 100% de umidade relativa, a sua umidade absoluta cairá. No aquecimento subsequente do ar (na ausência de água) para a sua temperatura original, a umidade relativa cairá enquanto que a umidade abso30 luta permanecerá constante. O método é relativamente eficiente em teoria mas na prática requer um elemento de recuperação de calor de alta eficiência de modo a conseguir os resultados desejados. Por esta razão, o princípio não tem sido amplamente utilizado para desumidificação nos sistemas de resfriamento e de ventilação. Um dispositivo deste tipo foi descrito na EP0861403 A.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

De acordo com a invenção é provido um trocador de calor que compreende um par de placas condutoras de calor, geralmente planas, dispostas em uma relação espaçada, geralmente paralela; elementos de espaçamento que separam as placas uma da outra e que definem um primeiro e um segundo canais de fluxo entre as placas para um fluxo em uma primeira direção e uma segunda direção, respectivamente; em que as placas dentro de pelo menos o primeiro canal estão divididas em aletas, as aletas sendo separadas umas das outras na primeira direção e sendo deslocadas da placa perpendicular à primeira direção para uma pluralidade de posições deslocadas.

Em uma modalidade preferida, o trocador de calor compreende uma superfície de retenção de água sobre as aletas dentro de pelo menos o segundo canal e uma fonte de água para molhar as aletas dentro do segundo canal. Deste modo o trocador de calor pode ser utilizado para um resfriamento evaporativo indireto.

Mais de preferência, a superfície de retenção de água esta provida sobre uma superfície das aletas somente.

A superfície de retenção de água pode ser uma camada separada, a qual é, por exemplo, revestida ou aderida sobre as aletas, ou pode ser formada como um tratamento de superfície das aletas para aperfeiçoar a sua hidrofilicidade.

Os elementos de retenção de água como parte da superfície de aletas, tal como uma superfície tornada áspera, podem ser conseguidos por gravação ou processos similares.

Materiais aglutinantes tais como o cimento Portland têm no passado sido considerados altamente desejáveis para utilização como camadas de retenção de água. Alternativamente, materiais de fibra podem ser utilizados. Foi descoberto ser de grande importância que a camada de retenção de água não obstrua a transferência de calor da placa isolando-a do fluxo secundário.

Em uma modalidade preferida uma superfície de retenção de água flexível está provida sobre as aletas. Pela provisão de uma superfície 5 de retenção de água flexível, propriedades desejadas tais como a distribuição espacial da superfície de retenção de líquido, podem ser impostas às aletas antes da formação. As aletas podem então ser convenientemente formadas na forma desejada.

Em uma modalidade desejável, a camada de retenção de água tem uma estrutura aberta de modo que em uso, um meio de troca de calor pode contactar diretamente a superfície de aleta através da estrutura aberta da camada de retenção de água. Por este meio, a capacidade do trocador de calor de transferir tanto o calor térmico quanto o calor latente para um meio de fluido que flui sobre este é melhorada. A estrutura aberta pode 15 compreender espaços entre as fibras de um material fibroso que forma a camada de retenção de água. Tal material fibroso pode ser uma camada tecida ou não tecida que tenha uma estrutura aberta.

O material fibroso pode ser preso nas aletas por adesivos ou outros métodos similares. De preferência, o adesivo e o material fibroso de20 vem ser tais que uma delaminação não ocorra na formação da aleta em uma forma desejada. Onde um adesivo é utilizado, o adesivo pode ser escolhido para melhorar as propriedades da aleta ou da camada de retenção de água. Assim, o adesivo pode ser escolhido para ter propriedades de retenção de água ou propriedades de condução de calor, ou ambas, e pode assim ser 25 considerado formar uma parte de qualquer destas camadas.

Para os resfriadores evaporativos indiretos, pode ser vantajoso prover a superfície de retenção de água sobre as aletas dentro dos segundos canais de fluxo somente. A provisão de uma camada de retenção de água dentro dos primeiros canais pode resultar em um coeficiente de trans30 ferência de calor reduzido do fluxo de ar para as aletas dentro do primeiro canal devido às propriedades de isolamento térmico. A provisão de superfícies de retenção de água dentro dos primeiros canais de um resfriador eva porativo indireto pode também ser proibida por lei em certos mercados.

Uma modalidade preferida da invenção tem uma superfície de retenção de água que compreende um material o qual foi impresso, pulverizado ou transferido por sobre as aletas. Este material impresso pode ser hidrofílico de modo a reter a água ou pode ser provido em um padrão que atua para reter a água por tensão de superfície ou ação capilar. Tal padrão pode, por exemplo, compreender regiões isoladas de material, as regiões isoladas sendo espaçadas por uma distância que permita a retenção de água enquanto deixando porções da aleta subjacente abertas à corrente de ar. No lugar das ou em adição às regiões isoladas de material, regiões interligadas que proveem a retenção de água desejada podem também ser providas.

Um método preferido para imprimir um material por sobre as superfícies de aleta é a impressão de jato de tinta.

Uma vantagem específica do método de impressão de jato de tinta é que esta pode ser colocada muito precisamente por sobre as aletas ou por sobre uma placa a qual é subsequentemente formada em aletas. Isto permite que a superfície de retenção de água seja provida dentro de somente os segundos canais e não dos primeiros canais; isto também permite distribuições padronizadas de uma superfície de retenção de água.

No resfriamento evaporativo indireto é o calor latente de evaporação o qual cria o efeito de resfriamento. De modo a assegurar que este efeito de resfriamento, o qual acontece dentro de um canal molhado de um resfriador evaporativo indireto, seja eficientemente transferido para um canal seco, a admissão de água deve acontecer tanto quanto possível nas superfícies de aleta. Isto assegura que a área de dissipador de calor esteja em um contato térmico estreito com o canal seco.

A provisão de aletas deslocadas para uma pluralidade de posições do plano da placa é especificamente vantajosa no caso de resfriamento evaporativo indireto. Como será discutido abaixo em maiores detalhes, acredita-se que a provisão de aletas em uma pluralidade de posições deslocadas reduz o fluxo de limite laminar dentro de uma corrente de ar que flui sobre as aletas. Reduzindo o fluxo de limite laminar uma melhor admissão de água nas superfícies de aleta é conseguida e isto por sua vez leva a um resfriamento evaporativo indireto mais eficiente.

De acordo com uma modalidade preferida da invenção está pro5 vido um resfriador evaporativo indireto, de preferência um resfriador de ponto de orvalho, que compreende um trocador de calor de acordo com a invenção provido com uma superfície de retenção de água sobre as aletas dentro de pelo menos o segundo canal e uma fonte de água para molhar as aletas dentro do segundo canal.

De acordo com uma modalidade preferida do trocador de calor da invenção, as aletas estão dispostas sequencialmente em grupos repetidos na primeira direção, as aletas de cada grupo repetido sendo deslocadas uma das outras perpendiculares à primeira direção. De preferência, as aletas de cada grupo repetido são deslocadas uma das outras para uma de pelo 15 menos cinco posições deslocadas. Neste contexto pode ser notado que cinco posições deslocadas das aletas relativas umas às outras pode corresponder a quatro posições relativas à placa, já que uma aleta pode coincidir com o plano da placa. Pela formação das aletas em grupos repetidos, é também mais fácil de fabricá-las de uma placa de um material condutor de 20 calor apropriado em um procedimento automatizado.

Em uma modalidade preferida da invenção as aletas dentro de um canal estão cada uma divididas da placa e formadas de modo que estas tenham o mesmo comprimento absoluto. O comprimento absoluto de uma aleta é medido como a distância ao longo do contorno da aleta entre os pon25 tos nos quais a aleta está conectada na placa. O comprimento absoluto (L) de uma aleta está ilustrado na figura 9 como uma linha tracejada que corre paralela a uma das aletas formadas.

Pela formação das aletas com o mesmo comprimento absoluto, distorções na placa devido à formação das aletas na placa podem ser evita30 das.

De acordo com uma modalidade adicional, uma pluralidade de placas condutoras de calor pode assim ser provida e disposta umas sobre as outras em uma relação espaçada, geralmente paralela com elementos de espaçamento definindo canais de fluxo primários e secundários entre cada par de placas adjacentes. De tal modo, um trocador de calor empilhado pode ser produzido provendo uma alta capacidade de troca de calor por volume unitário.

Mais de preferência, o elemento ou elementos de espaçamento compreendem um material termicamente isolante. Isto pode servir para reduzir a condução de calor parasítica na direção de fluxo. É no entanto perfeitamente possível também utilizar espaçadores condutores para aumentar a transferência de calor do primeiro para o segundo canal. Neste caso, barreiras térmicas podem ser desejadas para reduzir a condução de calor longitudinal.

De acordo com uma modalidade alternativa da invenção, está provido um trocador de calor que compreende um primeiro canal de fluxo para um fluxo em uma primeira direção, um segundo canal de fluxo para um fluxo em uma segunda direção, um elemento de espaçamento que separa o primeiro canal de fluxo do segundo canal de fluxo e uma pluralidade de aletas condutoras de calor que estende-se através do elemento de espaçamento e para dentro tanto do primeiro quanto do segundo canais de fluxo, as aletas dentro pelo menos do primeiro canal tendo um comprimento de corda e estando dispostas em grupos repetidos, por meio de que as aletas de cada grupo repetido são escalonadas umas em relação às outras na primeira direção e deslocadas umas das outras em uma direção perpendicular à primeira direção e por meio disto o passo de aletas correspondentes em grupos adjacentes na primeira direção corresponde a pelo menos três vezes o comprimento de corda.

Pela provisão de uma pluralidade de aletas que estão espaçadas umas das outras na direção de fluxo e as quais estão deslocadas umas das outras em uma direção normal ao fluxo, um maior coeficiente de transferência de calor de trocador de calor pode ser conseguido. Também uma maior taxa de admissão de água de uma superfície de aleta molhada pode ser conseguida.

Apesar de não desejar ser limitado pela teoria, acredita-se que o fluxo é repetidamente interrompido por cada aleta e o comprimento limitado da aleta na direção de fluxo reduz o acúmulo da camada secundária. Em linha com esta teoria as aletas estão dispostas em uma matriz, cada aleta 5 tendo uma posição cuidadosamente escolhida dentro desta matriz. A posição de cada aleta dentro da matriz é escolhida levando em conta as seguintes considerações.

Acredita-se que conforme um fluxo de meio, por exemplo um gás, passa sobre uma aleta, uma camada de limite é gradualmente criada 10 dentro do fluxo na superfície da aleta, isto cria o que é conhecido como fluxo laminar. Esta camada de limite atua como uma camada isolante reduzindo a transferência térmica entre o corpo principal do meio e a aleta. O resultado é uma redução em transferência térmica conforme o meio flui ao longo do comprimento da aleta. No caso de resfriadores evaporativos indiretos, esta 15 camada de limite é acreditada produzir uma camada de ar de alta umidade sobre a superfície de aleta. Esta camada tem uma capacidade reduzida de admitir água devido à sua alta umidade. Esta também impede que o ar menos úmido do corpo principal do fluxo de ar alcance a superfície de aleta para a admissão de água. A presença de tal camada de limite é portanto des20 vantajosa porque esta reduz a transferência térmica em trocadores de calor e reduz a admissão de água nos resfriadores evaporativos indiretos.

Para reduzir o acúmulo de fluxo laminar dentro do trocador de calor devido à criação de uma camada de limite nas superfícies de aleta, as aletas são limitadas em comprimento na direção de fluxo. Deste modo, antes 25 ou uma vez que uma camada de limite formou na superfície de aleta o meio flui além da aleta. Uma vez que o fluxo do meio está além da aleta o fluxo laminar gradualmente reverte para um fluxo turbulento. Levando isto em consideração, as aletas as quais estão em linha na direção de fluxo são adequadamente espaçadas de modo que no momento que o meio atinge a 30 borda dianteira de uma aleta a jusante o fluxo laminar criado por uma aleta a montante foi suficientemente revertido para fluxo turbulento de modo que uma boa transferência térmica pode novamente acontecer. Do mesmo mo do, esta aleta a jusante é limitada em comprimento na direção de fluxo e está suficientemente espaçada de uma aleta a jusante adicional de modo que o fluxo turbulento é restabelecido antes do meio alcançar a próxima aleta a jusante. Deste modo, um fluxo isolante, laminar é suficientemente evitado e uma boa transferência térmica entre o meio e as aletas é obtido; e/ou uma boa admissão de água da superfície de aleta é conseguida.

Um passo preferido, que é a distância entre a borda dianteira de uma aleta até a borda dianteira de uma aleta imediatamente seguinte na direção de fluxo, é de pelo menos três cordas, mais de preferência este é de pelo menos cinco cordas. O comprimento de corda (c) é o comprimento entre a borda dianteira e a borda traseira de uma aleta, como tomado na direção de fluxo (ver figuras 1 e 6).

Além da consideração acima, as aletas adjacentes na direção perpendicular à direção de fluxo devem ser suficientemente espaçadas para evitar uma interferência excessiva entre as camadas de limite destas aletas adjacentes.

Utilizando estas considerações, uma matriz de aletas pode ser provida a qual compreende colunas de aletas suficientemente espaçadas na direção de fluxo para evitar um fluxo laminar e filas de aletas suficientemente espaçadas na direção perpendicular à direção de fluxo para evitar uma interferência de camada de limite excessiva.

Para conseguir uma maior eficiência de troca de calor é vantajoso prover um grande número de aletas e consequentemente uma grande área de superfície para a troca de calor. No entanto, isto deve ser feito sem abusar das considerações acima mencionadas.

Em uma modalidade preferida, cada grupo repetido compreende n aletas e o passo das aletas correspondentes em grupos adjacentes na primeira direção corresponde a n vezes o comprimento de corda. As aletas de cada grupo repetido estão de preferência deslocadas umas das outras para uma de n posições deslocadas. Mais de preferência n é pelo menos 5 e cada aleta está espaçada da aleta adjacente seguinte por pelo menos duas posições deslocadas.

O material para formar as placas e aletas condutoras de calor deve ser um bom condutor. Os metais são portanto preferidos, especificamente o alumínio já que este é leve e facilmente formado nas formas desejadas.

Para a maioria dos propósitos é preferido que o dispositivo seja disposto de modo que o primeiro o segundo canais operem em contrafluxo. Apesar de tudo, a operação de contrafluxo pode também ser utilizada, especificamente, dispondo que as aletas dentro de um dos canais sejam orientadas geralmente perpendiculares às aletas dentro do outro canal.

De acordo com um aspecto importante da presente invenção o trocador de calor forma o núcleo de um resfriador evaporativo indireto. Para este propósito, é provida uma superfície de retenção de água sobre as aletas dentro de pelo menos o canal secundário canal e uma fonte de água para molhar as aletas dentro do canal secundário. O ar que flui dentro do canal secundário pode absorver a umidade da superfície de retenção de água. O calor latente para a evaporação da umidade serve para resfriar o ar que flui dentro do canal primário por condução de calor ao longo das placas. De preferência o resfriador é do tipo de resfriamento de ponto de orvalho, por meio de que o fluxo secundário foi pré-resfriado, por exemplo, ramificando uma parte do fluxo primário. Devido à eficiência aumentada do trocador de calor de acordo com a presente invenção, temperaturas mais baixas podem ser atingidas com uma construção consideravelmente mais compacta.

De acordo com ainda um aspecto adicional da presente invenção, está provido um desumidificador que compreende o trocador de calor 25 acima em combinação com um elemento de resfriamento. O desumidificador está disposto para passar um fluxo de ar através do canal primário do trocador de calor para o elemento de resfriamento e retornar o ar resfriado do elemento de resfriamento através do canal secundário. A água condensada que fora no trocador de calor e no resfriador pode ser coletada e conduzida 30 para fora através de drenos adequados. Devido à eficiência aumentada do trocador de calor, a eficiência total do desumidificador é consideravelmente aperfeiçoada. O elemento de resfriamento pode ser uma unidade de condi cionamento de ar convencional ou pode alternativamente compreender um dispositivo resfriado a água.

Para utilização como um desumidificador ou um resfriador evaporativo, também pode ser provido um alojamento para receber o trocador de calor, dutos de entrada que conectam aos canais primários, dutos de saída que conectam dos canais primários e secundários, um dispositivo de circulação de ar para causar a circulação de ar através dos canais primários e secundários, um suprimento de água ou dreno e um controlador para controlar a operação do dispositivo. Tal dispositivo pode então operar como uma unidade independente ou pode ser integrado em um sistema de aquecimento e ventilação maior. Além disso, sensores de temperatura, pressão, umidade, e outros tais sensores podem ser providos dentro do alojamento para monitorar a operação e onde necessário prover um retorno para o controlador.

A invenção também refere-se a um método de fabricação de um trocador de calor compreendendo: prover uma placa condutora de calor geralmente plana; formar a placa em uma pluralidade de aletas alongadas unidas umas nas outras e sendo deslocadas do plano da placa para uma pluralidade de posições deslocadas; aplicar tiras alongadas de material de espaçamento na placa para dividi-la em regiões de fluxo primárias e secundárias; aplicar uma segunda placa formada por sobre o material de espaçamento; alternadamente aplicar tiras e placas formadas para formar uma pluralidade de primeiros e segundos canais de fluxo.

Em uma modalidade preferida da invenção, o material de espaçamento é provido como um quadro. Tal quadro compreende uma pluralidade de elementos de espaçamento substancialmente paralelos espaçados uns dos outros e afixados nas suas extremidades externas a pelo menos uma travessa de suporte. A travessa de suporte atua para manter os elementos de espaçamento na relação correta de modo que estes possam ser facilmente trazidos para as porções da placa intermediárias às regiões de fluxo primárias e secundárias. De preferência, as travessas de suporte são utilizadas como uma plataforma temporária somente e são removidas, por exemplo, por corte ou quebra, após os elementos de espaçamento terem sido presos.

Pela utilização dos quadros, um método preferido está provido compreendendo as etapas de prover uma primeira placa formada; aplicar um 5 primeiro quadro de elementos de espaçamento na placa formada; aplicar uma segunda placa formada no primeiro quadro de elementos de espaçamento; e aplicar um segundo quadro de elementos de espaçamento na segunda placa formada. Estas etapas são continuadas até que o número de placas desejado é empilhado. Deste modo uma pilha de placas e elementos 10 de espaçamento sanduichados pode ser construída.

Um adesivo é de preferência provido para aderir os elementos de espaçamento nas placas. Este adesivo é de preferência um adesivo ativado por calor e/ou pressão. Este pode convenientemente ser provido como um revestimento sobre os elementos de espaçamento.

O adesivo pode ser ativado após cada etapa de deposição de quadro. No entanto, um método de fabricação preferido envolve produzir uma pilha de placas e elementos de espaçamento sanduichados e então aplicar calor e/ou pressão na pilha de modo a ativar o adesivo. Deste modo, a etapa de adesão precisa somente ser executada uma vez para múltiplas 20 placas.

Um método preferido de ativar um adesivo por calor é passar ar quente através da pilha.

As travessas de suporte são de preferência removidas dos quadros de elementos espaçadores após a adesão da pilha.

Em uma modalidade alternativa, a qual pode ser utilizada em combinação ou alternativamente aos quadros de elementos de espaçamento, as placas substancialmente paralelas são formadas como uma chapa contínua. A chapa contínua é formada em uma pilha de placas substancialmente paralelas dobrando-a em um modo como sanfona. Deste modo uma 30 pilha de placas substancialmente paralelas pode ser formada de uma única chapa de material. Um processo de fabricação mais simples pode assim ser obtido.

Em tal processo um primeiro conjunto de elementos de espaçamento é aplicado a uma primeira placa formada como uma parte de uma chapa; a chapa é então dobrada sobre si mesma para sanduichar os elementos de espaçamento entre a primeira placa e uma parte de segunda placa da chapa; um segundo conjunto de elementos de espaçamento é aplicado na parte de segunda placa; e as etapas anteriores são repetidas para produzir uma pilha de placas.

A invenção ainda refere-se a um método de fabricação de um trocador de calor compreendendo, em nenhuma ordem específica, as etapas de: prover uma pluralidade de tiras de material condutor de calor alongado; formar um elemento de espaçamento o qual separa um primeiro canal de fluxo e um segundo canal dentro do trocador de calor; e incorporar as ditas tiras de material condutor de calor alongado dentro do elemento de espaçamento de modo que cada tira alongada forme uma aleta condutora de calor que estende-se através do elemento de espaçamento e para dentro tanto do primeiro quanto do segundo canais de fluxo.

As tiras de material condutor de calor alongado podem ser formadas em um número de modos alternativos tais como retalhando, cortando ou estampando uma placa de material condutor de calor ou por extrusão de um material condutor de calor adequado.

Um aspecto adicional da invenção refere-se a um método de fabricar um resfriador evaporativo que compreende as etapas, em nenhuma ordem específica, de: prover uma pluralidade de aletas condutoras de calor, pelo menos uma parte de cada aleta tendo uma superfície de retenção de água; incorporar as aletas em um elemento de espaçamento o qual separa um primeiro canal de fluxo e um segundo canal de fluxo, de modo que cada aleta estenda através do elemento de espaçamento e para dentro tanto do primeiro quando do segundo canais de fluxo, a superfície de retenção de água estando presente dentro de pelo menos o segundo canal de fluxo. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

As características e vantagens da invenção serão apreciadas quando da referência aos desenhos seguintes de um número de modalida des exemplares, nos quais:

figura 1 mostra uma vista em perspectiva de uma placa para um trocador de calor de acordo com a primeira modalidade da presente invenção;

figura 2 mostra uma vista em perspectiva de parte de um trocador de calor de acordo com a primeira modalidade da presente invenção;

figura 3 mostra uma elevação frontal do trocador de calor da figura 2;

figura 4 mostra uma vista em perspectiva de um trocador de ca10 lor construído como um dispositivo de resfriamento de ponto de orvalho;

figura 5 mostra uma representação esquemática do modo no qual o trocador de calor da presente invenção pode ser disposto como um desumidificador;

figura 6 mostra uma vista em perspectiva de parte de um troca15 dor de calor de acordo com uma segunda modalidade da invenção;

figuras 7A a 7C mostram as etapas do primeiro método de fabricação do trocador de calor de acordo com a segunda modalidade da invenção;

figuras 8A a 8E mostram as etapas de um segundo método de 20 fabricação do trocador de calor de acordo com a segunda modalidade;

figura 9 mostra uma elevação frontal de uma parte de uma placa para um trocador de calor formada em aletas; e figura 10 mostra uma elevação frontal de um trocador de calor compreende as aletas da figura 9.

DESCRIÇÃO DE MODALIDADES ILUSTRATIVAS

A figura 1 mostra uma vista em perspectiva de um elemento de troca de calor 1 para utilização no trocador de calor da presente invenção. O elemento de troca de calor 1 compreende uma placa geralmente plana 10 formada de chapa de alumínio recozido a frio de aproximadamente 70 mí30 crons de espessura. A placa 10 compreende regiões de separador 12 que estendem geralmente em uma linha reta em uma primeira direção X ao longo da placa 10. A placa 10 está também dividida em uma série de aletas alongadas 14. As aletas 14 estendem geralmente em uma direção Y perpendicular à direção X e cada aleta 14 está separada de sua vizinha por uma fenda 16. As aletas 14 são assim na forma de pontes presas nas regiões de separador 12 nas suas extremidades. As aletas 14 estão dispostas em grupos 18. Cada aleta 14 A, B, C, D, E no grupo 18 está deslocada fora do plano da placa 10 em uma direção Z por uma quantidade diferente. As aletas 14A e 14D estão deslocadas para cima enquanto que as aletas 14B e 14E estão deslocadas para baixo. A aleta 14C permanece no plano da placa

10. Os grupos 18 se repetem ao longo da placa 10. Cada aleta tem um comprimento de corda c tomada como o comprimento entre a borda dianteira e a borda traseira da aleta na direção de fluxo.

A figura 2 mostra uma vista em perspectiva de parte de um trocador de calor 20 da presente invenção formado de um número de placas 10 como descrito na figura 1. De acordo com a figura 2, as placas 10 estão dispostas em uma relação empilhada com os espaçadores 22 localizados dentro das regiões de separador 12 entre placas 10 adjacentes. Os espaçadores 22 compreendem um adesivo termoplástico o qual serve tanto para espaçar as placas 10 quanto também ligá-las juntas. Como pode ser notado da figura 2, as aletas 14 têm porções de rampa 24 que conectam nas regiões de separador 12. As porções de rampa 24 ajudam na localização dos espaçadores 22 e a confiná-los a ficarem ao longo das regiões de separador 12. Como também ser visto da figura 2, os espaçadores 22 dividem o trocador de calor 20 em um canal de fluxo primário 26 e um canal de fluxo secundário

28.

A figura 3 mostra uma elevação frontal do trocador de calor 20 da figura 2. Como pode ser visto da figura 3, os espaçadores 22 formam efetivamente uma membrana que separa o canal primário 26 do canal secundário 28. Também da figura 3, a relação de deslocamento das aletas 14 A, B, C. D, E pode ser vista.

A figura 10 mostra uma elevação frontal de trocador de calor alternativo 20. Os espaçadores 22 providos na figura 10 têm uma seção transversal hexagonal. Esta seção transversal hexagonal, similarmente aos espa17 çadores 22 da figura 2, topam nas regiões de rampa 24 das aletas 14, cujas porções formam uma sede cooperativa dentro da qual os espaçadores 22 montam. Deste modo uma localização segura e precisa dos elementos de espaçamento 22 é conseguida. Será claro para aqueles versados na técnica 5 que outras seções transversais podem ser utilizadas para os espaçadores

22.

A figura 9 também mostra uma formação de aleta alternativa àquela mostrada nas figuras 1 a 3. Como pode ser visto, as aletas na figura 9 são formadas de modo que cada uma tenha o mesmo comprimento absoluto 10 (L) que as outras aletas dentro do canal. O comprimento absoluto de uma aleta é medido como a distância ao longo do contorno da aleta entre os pontos nos quais a aleta está conectada na placa, e está ilustrado pela linha tracejada marcada L na figura 9.

Quando formando as aletas em uma placa, contorções desvan15 tajosas da placa podem ocorrer, este é especificamente o caso quando as aletas são formadas por estampagem de uma placa. Assegurando que as aletas são todas formadas para terem o mesmo comprimento absoluto, estas contorções podem ser evitadas.

As construções de trocador de calor das figuras 2, 3, e 10 po20 dem ser formadas por um método no qual uma placa condutora de calor geralmente plana é formada em uma pluralidade de aletas alongadas unidas uma nas outras e sendo deslocadas do plano da placa para uma pluralidade de posições deslocadas. As aletas podem ser formadas primeiramente cortando a placa para formar uma série de tiras unidas no mesmo plano e então 25 segundamente estampando, dobrando, esticando ou similarmente formando as aletas na forma desejada para fornecer as posições deslocadas desejadas para as aletas 14.

Uma vez que a placa foi formada, os espaçadores 22 são colocados nas regiões de separador 12. Aqui estes são temporariamente segu30 ros pelas porções de rampa 24. Uma segunda placa formada é então adicionada aos espaçadores 22, apoiando as suas porções de separador 12 no topo dos espaçadores. Estas etapas são então repetidas para construir uma pilha de espaçadores e placas sanduichados como mostrado nas figuras 2, 3 e 10.

Os espaçadores 22 são convenientemente providos como um quadro moldado por injeção que compreende uma pluralidade de espaçadores paralelos unidos em suas extremidades por uma travessa de suporte e espaçados para corresponder com as regiões de separador 12 das placas. Isto vantajosamente significa que os espaçadores podem ser depositados sobre as placas em massa.

Os espaçadores 22 estão providos com uma superfície externa de adesivo ativado por calor. Uma vez que a pilha foi construída ar quente é soprado através da pilha e uma pressão é aplicada empurrando os espaçadores 22 uns na direção dos outros. Deste modo o adesivo é ativado e a pilha é aderida junta.

Após a pilha ter sido aderida as travessas de suporte presentes sobre os quadros são removidas.

Em um método alternativo os espaçadores 22 são extrudados de um cabeçote de extrusão de múltiplos bocais diretamente dentro das regiões de separador 12. Os espaçadores são de preferência coextrudado com um cordão de adesivo ativável por calor disposto para contactar as superfícies de placa acima e abaixo. Este adesivo provê uma adesão inicial a qual temporariamente mantém a pilha junta durante a fabricação. Após o completar da pilha, ar quente é passado através da pilha para ativar o adesivo e uma pressão é aplicada ao longo das linhas de espaçadores empurrando a pilha junto.

Uma altura de pilha precisa pode ser conseguida pela aplicação de pressão para comprimir os espaçadores.

Na figura 10 uma camada final 15 está provida, a qual veda os canais 26, 28 para formar as passagens para um fluxo de ar sobre as aletas

14.

A figura 4 mostra uma vista em perspectiva que ilustra como o trocador de calor 20 da figura 2 podería ser construído em um resfriador de ponto de orvalho 52. O resfriador de ponto de orvalho da figura 4 é aqui a presentado para ilustrar os princípios básicos de construção de um resfriador de ponto de orvalho e não é restritivo para a invenção. As aletas 14 ilustradas são um tipo de aleta que pode ser utilizada em um resfriador de ponto de orvalho. De preferência, no entanto, as aletas 14 estão dispostas em um 5 modo (não mostrado na figura 4) determinado em linha com os princípios acima apresentados, isto é, que as aletas devem estar apropriadamente espaçadas para evitar um fluxo laminar e uma interferência de camada de limite. Para o bem da simplicidade, somente trinta e dois canais curtos estão mostrados, sendo compreendido que na realidade, as placas 10 podem βει 0 tender consideravelmente além em todas as direções por meio de que tanto o comprimento quanto o número de canais 26, 28 seriam maiores.

De acordo com a figura 4, as placas 10 dentro dos canais secundários 28 estão providas com uma camada de retenção de líquido 30. Para o bem da conveniência, esta camada 30 está somente parcialmente 15 mostrada. A figura 4 também ilustra um duto de entrada 34 para os canais primários 26. Os dutos de entrada 34 são formados pelo material dos espaçadores 22 estendendo além das placas 10. Este material pode então ser formado por técnicas de moldagem adequadas em um duto de entrada fechado 34. Os dutos de entrada 34 servem para direcionar o fluxo de ar de 20 entrada A de um dispositivo de circulação 35 para os canais primários 26 e para mantê-lo separado do fluxo de ar B que sai dos canais secundários 28. Em uso como um resfriador de ponto de orvalho, o fluxo B será usualmente saturado com umidade e será descarregado. É compreendido que outros métodos para formar os dutos como entradas e saídas ou para o canal pri25 mário 26 ou o secundário 28 podem também ser empregados conforme requerido.

Um sistema de distribuição de água 36 está também ilustrado na figura 4. O sistema de distribuição de água 36 está na forma de uma série de condutos 38 que levam de um suprimento de água 39 para saídas 42 para 30 ejetar gotículas 44 de água dentro dos canais secundários 28. As fendas 16 entre as aletas 14 permitem que as gotículas 44 passem através das placas 10 para as placas 10 adicionais localizadas abaixo. Sistemas de distribuição de água alternativos podem também ser utilizados. Uma disposição preferida é o sistema presentemente utilizado no resfriador evaporativo Oxicell Rooftop 400 substancialmente como descrito na Publicação de Patente Internacional Número W004/076931, o conteúdo da qual está por meio disto incorporado por referência na sua totalidade. Tanto o suprimento de água 29 quanto o dispositivo de circulação 35 são controlados por um controlador 50. O dispositivo pode estar contido dentro de um alojamento apropriado (não mostrado).

Um fator importante para a operação eficiente de um resfriador evaporativo é a natureza da camada de retenção de líquido 30. Apesar de referência ser feita a uma camada de retenção de líquido, é claramente compreendido que a camada é de fato uma camada de retenção e liberação de líquido. Uma especificação de tal camada é que esta facilmente cede a sua água de modo que uma resistência mínima à evaporação é encontrada. É também importante que esta deva distribuir a água rapidamente e eficientemente para todas as superfícies relevantes. Esta deve assim ser hidrofílica sem ser higroscópica, de preferência retendo a água primariamente por efeitos de tensão superficial.

Na modalidade da figura 4, a camada de retenção de líquido 30 está formada de um material fibroso. A camada 30 está esquematicamente ilustrada para ter uma estrutura muito aberta de modo que o metal das aletas 14 possa ser visto através do espaço entre as fibras da camada 30. Isto é acreditado encorajar uma transferência de calor direta das aletas 14 sem abafá-las. Os dispositivos da técnica anterior que utilizam camadas de feixes espessas têm efetivamente isolado a camada de transmissão de calor impedindo a transferência de calor térmico. Um material exemplar para formar a camada de retenção de água 30 é uma blenda de 20 g/m² de 50/50 de poliéster/viscose, disponível da Lantor B.V. na Holanda. Outro material exemplar é uma fibra de poliéster revestida de poliamida de 30 g/m² disponível sob o nome Colback® da Colbond N.V. na Holanda. Outros materiais que têm propriedades similares incluindo as fibras sintéticas e naturais tais como a lã podem também ser utilizados. Onde necessário, a camada de retenção de < líquido 30 pode ser revestida ou de outro modo tratada para prover propriedades antibacterianas ou outras antissujeira.

A camada de retenção de líquido 30 pode ser adesivamente presa na placa 10. Para utilização com alumínio e fibras de Lantor como a5 cima mencionado, uma camada de 2 mícrons de um adesivo de poliuretano de dois componentes foi descoberta prover excelentes resultados. Quando presente como tal camada fina, o seu efeito sobre a transferência de calor é insignificante. Deve adicionalmente ser notado que a presença da camada de retenção de líquido somente influencia a transferência de calor da placa 10 10 para dentro do fluxo secundário B e não tem nenhuma influência significativa sobre a condução de calor dentro da placa 10 entre os canais primários 26 e secundários 28. As camadas fibrosas acima descritas foram consideradas ideais para os propósitos de fabricação já que estas podem ser providas como um laminado que pode ser formado em aletas e outras formas 15 em um processo contínuo. Outras camadas de retenção de líquido tais como o cimento Portland podem também ser utilizadas e de fato foi descoberto proverem propriedades superiores apesar de que até o momento, a sua produção é mais complexa já que existe uma tendência de rachar ou flocular se aplicada ates da formação do elemento de troca de calor. No entanto acredi20 ta-se que outros acabamentos de superfície tais como o óxido de alumínio podem estes próprios ser adequados para prover a retenção de água e a absorção requeridas.

A operação do resfriador de ponto de orvalho 52 como apresentado na figura 4 será agora descrita. Um fluxo de ar primário A entra na en25 trada 34 a uma temperatura T1 e flui através dos canais primários 26. O fluxo A é acionado por um dispositivo de circulação 35. O fluxo A é resfriado por transferência de calor para a placa 10 para uma temperatura T2 próxima de seu ponto de orvalho. Na saída do canal primário 26 o fluxo primário A resfriado é dividido para formar um fluxo de produto resfriado C e um fluxo 30 secundário B. O fluxo de produto C é fornecido por dutos apropriados para onde quer que seja que o ar resfriado é requerido. O fluxo secundário B é retornado através dos canais secundários 28. Conforme o fluxo secundário retorna, este é aquecido por transferência de calor da placa 10 e absorve umidade por evaporação da camada de retenção de líquido 30. Na saída do canal secundário 28, o fluxo B terá retornado para próximo de sua temperatura original T1 mas estará quase 100% saturado. A diferença entalpia entre os fluxos A e B representa a quantidade de resfriamento disponível para o fluxo de produto C.

Na disposição da figura 4, é notado que o calor pode ser conduzido em ambas as direções H através da placa 10 de um canal primário 26 para os canais secundários 28 em ambos os seus lados. O calor pode também transferir na direção de fluxo, o que é geralmente indesejável. A presença de aletas 10 reduz a transferência de calor longitudinal a qual está limitada às regiões de separador 12.

A figura 5 mostra uma representação esquemática de um desumidificador 58 com base no trocador de calor 20 da presente invenção. De acordo com a figura 5, o desumidificador 58 compreende um trocador de calor 20 como descrito em relação à figura 2. O trocador de calor 20 compreende os canais primários e secundários 26, 28. É também provido um ventilador 64 e um condicionador de ar 60 que tem um elemento de resfriamento 62. O condicionador de ar 60 é um dispositivo geralmente convencional que trabalha em um ciclo de refrigeração. O elemento de resfriamento 62 forma parte da serpentina de evaporador do circuito de refrigeração. Sob o trocador de calor 20 está localizada uma bandeja de gotejamento 66. Sob o elemento de resfriamento 62 está localizada uma calha 68. A calha 68 e a bandeja de gotejamento 66 estão conectadas a um dreno 70. Não mostradas na figura 5 estão as conexões dispostas para conectar uma saída do canal primário 26 para conduzir o fluxo de ar para o elemento de resfriamento 62 e para conectar o elemento de resfriamento 62 de volta para uma entrada do canal secundário 28. Também não mostradas estão as conexões de fluxo que conduzem de uma saída do canal secundário 28 para o ventilador 64 e do ventilador 64 para um espaço habitável 72.

Em uso, o desumidificador 58 opera como segue. O ventilador 64 opera para aspirar o ar através do canal secundário 28 e fornecê-lo para um espaço habitável 72. O ar é aspirado dos arredores através do canal primário 26 e sobre o elemento de resfriamento 62. O ar que entra no desumidificador 58 na entrada para o canal primário 26 tem uma temperatura T1 e uma umidade relativa próxima de 100%. Este é pré-resfriado conforme este passa através do canal primário 26 por transferência de calor para o canal secundário 28, a transferência de calor acontecendo ao longo das placas 10. Conforme este resfria, a umidade presente no ar condensa e é coletada sobre as aletas 14 e as fendas 16 entre as aletas permitem que a água condensada drene para a bandeja de gotejamento 66 onde esta é coletada.

De modo a auxiliar no coletamento do condensado, as aletas 14, especialmente dentro do canal primário pode ser providas com um revestimento apropriado para encorajar a absorção ou a drenagem de água.

Ao deixar o canal primário, o ar terá uma temperatura T2, que fica abaixo de T1. A umidade relativa será de 100%. O ar então passa sobre 15 o elemento de resfriamento 62 onde este troca calor com o refrigerante do condicionador de ar 60. O ar é resfriado para uma temperatura T3 ainda mais baixa. Durante o resfriamento adicional pelo elemento de resfriamento 62, o ar segue a linha de saturação de 100% de umidade e água adicional é condensada. Esta água é coletada na calha 68 e juntamente com a água do 20 coletor de gotejamento 66 é passada para o dreno 70. Conforme o ar resfriado deixa o elemento de resfriamento 62 este é retornado para o trocador de calor 20 e passa através do canal secundário 28. Conforme o ar passa através do canal secundário 28 este é aquecido por transferência de calor com o ar que flui dentro do canal primário 26. A eficiência da troca de calor é tal 25 que na saída do canal secundário 28, o ar terá atingido substancialmente a sua temperatura inicial T1. Este terá no entanto perdido uma umidade significativa e terá uma umidade relativa muito mais baixa do que aquela do ar ambiente.

A figura 6 mostra uma vista em perspectiva de um elemento de um trocador de calor 100 de acordo com uma segunda modalidade da invenção. De acordo com a figura 6, está provido um espaçador 122 que tem aletas 114 projetando de ambas as suas superfícies. As áreas sobre cada lado do espaçador formam um canal primário 126 e um secundário 128. Ao contrário da modalidade das figuras 1 a 3, as aletas 114 do trocador de calor da figura 6 não fazem parte de uma placa metálica. As aletas 114 são tiras alongadas de material condutor, individualmente embutidas no espaçador 122. Cada aleta 114 é contínua e passa através do espaçador 122. Deste modo cada aleta 114 está embutida no espaçador 122 de modo que esta projete para dentro tanto do canal primário quanto do secundário. Como pode ser visto da figura 6, as aletas 114 estão dispostas em grupos de aletas 114A-E as quais correspondem em espaçamento às posições das modalidades anteriores. Outras variações destas posições são, é claro, também possíveis. Mais ainda, apesar de tiras planas serem apresentadas, a referência a aletas pretende também incluir formas mais complexas que incluem formas de aerofólio, hastes, tubos e similares. O trocador de calor 100 da figura 6 pode também ser incorporado em dispositivos tais como o resfriador de ponto de orvalho da figura 4 ou o desumidificador da figura 5.

As figuras 7A a 7C mostram etapas de um primeiro método de fabricação de um trocador de calor 100 de acordo com a segunda modalidade da invenção. De acordo com a figura 7A está mostrado um suprimento 102 de chapa de alumínio 104. A chapa 104 é alimentada para um retalhador 106, o qual produz uma pluralidade de tiras 108 separadas que têm uma largura c. Esta dimensão será daqui em diante referida como corda c. Uma primeira fila 112 de tiras 108 em linhas paralelas espaçadas é colocada sobre um gabarito (não mostrado). Cada tira 108 está espaçada de sua vizinha por uma distância que corresponde a quatro vezes a corda c. Uma pluralidade de cordões 110 de material plástico é extrudada sobre as tiras 108 em uma relação geralmente ortogonal com as mesmas. Os cordões 110 podem ser extrudados de bocais de extrusão geralmente conhecidos na técnica os quais não são aqui adicionalmente descritos.

A figura 7B mostra uma etapa subsequente no método de fabricação do trocador de calor 100. Subsequente à extrusão dos cordões 110, uma segunda fila 116 de tiras 118 é colocada sobre os cordões 110. As tiras 108 na segunda fila 116 ficam paralelas às tiras 108 na primeira fila 112 mas < estão escalonadas com relação às tiras 108 da primeira fila 112 pelo dobro da corda c. Após o que, camadas alternadas adicionais de cordões 110 e tiras 108 são aplicadas umas sobre as outras para construir uma estrutura tridimensional.

A figura 7C mostra o trocador de calor 100 completo. Como cada camada de cordões 110 é extrudada em forma fundida por sobre as camadas abaixo, esta deposita em contato íntimo com os cordões 110 na camada abaixo. Deste modo, um espaçador contínuo 122 é produzido que tem aletas 114A-E projetando de cada superfície. Ao contrário do elemento de trocador 10 de calor apresentado na figura 6, o trocador de calor 100 da figura 7C compreende uma pluralidade de canais primários e secundários 126, 128 por meio de que as aletas 114A-E são contínuas através de todos os canais. Como será compreendido por alguém versado na técnica, numerosas variações podem ser praticadas na fabricação do trocador de calor 100. Como 15 nas modalidades anteriores, as tiras 108 podem ser formadas de qualquer outro material condutor de calor adequado incluindo o cobre ou materiais compostos. As tiras 108 podem também ser providas com revestimentos ou coberturas adequadas de modo a aperfeiçoar o seu desempenho, especificamente as camadas retentoras de água. Mais ainda, apesar dos cordões 20 110 e dos espaçadores 122 serem mostrados como sendo geralmente retos, uma parede de forma curva ou ondulada pode também ser formada de modo a aperfeiçoar a resistência da estrutura.

As figuras 8A a 8E mostram etapas de um segundo método de fabricação do trocador de calor de acordo com a segunda modalidade. De 25 acordo com a figura 8A, um molde 130 está provido que compreende uma metade superior 132 e uma metade inferior 134. As metades superior e inferior 132, 134 são geralmente complementares em forma e têm superfície escalonadas 136A-E que correm em uma primeira direção e ranhuras longitudinais 138 que correm em uma segunda direção geralmente perpendicular 30 à primeira direção.

Na figura 8B, uma pluralidade de tiras de alumínio 108 é colocada por sobre as superfícies escalonadas 136A-E da metade de molde inferi or 134. As tiras 108 podem ser produzidas por um dispositivo tal como um retalhador 106 da figura 7A ou podem ser supridas diretamente como tiras pré-cortadas. É também possível que uma placa seja cortada em tiras 108 pela ação do molde 130 ou uma prensa apropriada.

Na figura 8C a metade de molde superior 132 é colocada sobre a metade de molde inferior 134 para fechar o molde 130. Um material plástico fundido 140 é injetado dentro das ranhuras 138 de acordo com as técnicas de moldagem por injeção convencionais.

Na figura 8D, no resfriamento do material plástico, o molde 130 é aberto. O material plástico 140 endureceu para formar um elemento de troca de calor 142 na forma de uma grade geralmente retangular com espaçadores 122 tendo tiras 108 embutidas na mesma como as aletas 114A-E.

Na figura 8E o elemento de troca de calor 142 é empilhado com elementos 142 similares adicionais para formar um trocador de calor 100 que tem canais primários e secundários 126, 128. Um material adesivo 144 adequado é aplicado entre os elementos 142 adjacentes de modo a formar uma estrutura unitária. Alguém versado na técnica prontamente reconhecerá que técnicas de junção alternativas podem ser utilizadas. Especificamente, os espaçadores 122 podem ser formados com superfícies superior e inferior complementares que acoplam juntas (por exemplo, língua e ranhura). As superfícies complementares podem ser meramente para propósitos de alinhamento mas podem também servir para conectar mecanicamente os elementos 142 com ou sem um adesivo subsequente. Como notado em relação às modalidades acima, os espaçadores não precisam ser retos mas podem alternativamente seguir um percurso curvo, ondulado ou em ziguezague de modo a aumentar a rigidez estrutural do trocador de calor final. Mais ainda, apesar de tiras 108 planas serem mostradas, as aletas 114A-G podem também ter seções transversais alternativas como acima descrito ou podem ser inclinadas. Está assim dentro do escopo da invenção que as tiras 108 sejam inclinadas na região do canal primário 126 diferentemente do canal secundário 128. Deste modo regimes de fluxo diferentes podem ser aplicados no trocador de calor 100 incluindo tanto o contrafluxo quanto o fluxo transversal.

Assim, a invenção foi descrita com referência a certas modalidades acima discutidas. Será reconhecido que estas modalidades são susceptíveis a várias modificações e formas alternativas bem conhecidas daqueles versados na técnica. Especificamente, a disposição do elemento de resfria5 mento pode ser distinta do desenho esquematicamente ilustrado da figura 5 e elementos de resfriamento adicionais podem também ser providos. Mais ainda, apesar de ilustrado como um resfriador de ponto de orvalho e como um desumidificador, o trocador de calor da presente invenção pode ser adaptado para utilização em outros sistemas onde uma troca ou recuperação 10 de calor eficiente é de importância. Mais ainda, apesar do trocador de calor ter sido descrito como uma disposição empilhada de placas geralmente planas, é notado que outras configurações podem conseguir um efeito similar, por exemplo, enrolando a placa de troca de calor e os espaçadores para formar um rolo ou similar.

Muitas modificações além daquelas acima descritas podem ser feitas nas estruturas e técnicas aqui descritas sem afastar-se do espírito e do escopo da invenção. Consequentemente, apesar de modalidades específicas terem sido descritas, estas são exemplos somente e não são limitantes do escopo da invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Trocador de calor (20), compreendendo:

um par de placas condutoras de calor (10), geralmente planas, dispostas em uma relação espaçada, geralmente paralela;

elementos de espaçamento (22) que separem as placas (10) uma da outra e que definem um primeiro e um segundo canais de fluxo (26, 28) entre as placas (10) pare um fluxo em uma primeira direção e uma segunda direção, respectivamente;

sendo que as placas dentro do primeiro canal (26) e do segundo canal (28) estão divididas em aletas (14), as aletas (14) sendo separadas umas das outras na primeira direção e, sendo o dito trocador de calor (20), caracterizado pelo fato de que as aletas (14) são deslocadas da placa (10) perpendicular à primeira direção pare uma pluralidade de posições deslocadas, sendo que o trocador de calor compreende uma superfície de retenção de água (30) sobre as aletas (14) dentro de pelo menos o segundo canal (28) e uma fonte de água pare molhar as aletas (14) dentro do segundo canal (28).
2. Trocador de calor (20), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as aletas (14) estão deslocadas pare pelo menos quatro posições da placa (10) perpendicular à primeira direção.
3. Trocador de calor (20), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que as aletas (14) apresentam um comprimento de corda e estão dispostas em grupos repetidos, sendo que as aletas (14) de cada grupo repetido são escalonadas umas em relação às outras na primeira direção e deslocadas umas das outras em uma direção perpendicular à primeira direção e sendo que o passo de aletas (14) correspondentes em grupos adjacentes na primeira direção corresponde a pelo menos três vezes o comprimento de corda, mais preferencialmente, pelo menos cinco vezes o comprimento de corda.
4. Trocador de calor (20), de acordo com qualquer uma das

Petição 870180151789, de 14/11/2018, pág. 7/15 reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que as aletas (14) deslocadas dentro de cada canal (26, 28) são formadas para apresentarem o mesmo comprimento absoluto umas em relação às outras.
5. Método para fabricar um trocador de calor (20), como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 4, sendo o referido método, caracterizado pelo fato de que compreende:

prover uma placa condutora de calor (10), geralmente plana; formar a placa (10) em uma pluralidade de aletas (14) unidas umas nas outras e sendo deslocadas do plano da placa (10) para uma pluralidade de posições deslocadas;

aplicar tiras alongadas de material de espaçamento (22) na placa (10) para formar uma grade;

repetir o acima para formar grades adicionais;

empilhar as grades para formar uma pluralidade de primeiro e segundo canais de fluxo (26, 28);

prover uma superfície de retenção de água (30) sobre as aletas (14) dentro de pelo menos o segundo canal (28); e prover uma fonte de água para molhar as aletas (14) dentro do segundo canal (28).
6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as aletas (14) condutoras de calor apresentam um comprimento de corda e estão dispostas em grupos repetidos, sendo que as aletas (14) de cada grupo repetido são escalonadas umas em relação às outras na primeira direção e deslocadas umas das outras em uma direção perpendicular à primeira direção e sendo que o passo de aletas correspondentes em grupos adjacentes na primeira direção corresponde a pelo menos três vezes o comprimento de corda.
7. Trocador de calor (100), compreendendo:

um primeiro canal de fluxo (126) pare um fluxo em uma primeira direção;

Petição 870180151789, de 14/11/2018, pág. 8/15 um segundo canal de fluxo (128) para um fluxo em uma segunda direção;

um elemento de espaçamento (122) que separa o primeiro canal de fluxo do segundo canal de fluxo; e uma pluralidade de aletas (114) condutoras de calor que estendese através do elemento de espaçamento (122) e pare dentro tanto do primeiro quanto do segundo canais de fluxo (126, 128), as aletas (114) dentro pelo menos do primeiro canal (126) apresentando um comprimento de corda e estando dispostas em grupos repetidos, sendo que as aletas (114) de cada grupo repetido são escalonadas umas em relação às outras na primeira direção e deslocadas umas das outras em uma direção perpendicular à primeira direção e sendo o referido trocador de calor (100), caracterizado pelo fato de que o passo de aletas (114) correspondentes em grupos adjacentes na primeira direção corresponde a pelo menos três vezes o comprimento de corda, e sendo que o trocador de calor (100) compreende uma superfície de retenção de água (30) sobre as aletas (114) dentro de pelo menos o segundo canal (128); e uma fonte de água pare molhar as aletas (114) dentro do segundo canal (128).
8. Dispositivo de trocador de calor (20, 100), como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 4 e 7, sendo o referido dispositivo, caracterizado pelo fato de que o elemento (22, 122) ou elementos de espaçamento (22, 122) compreendem um material termicamente isolante.
9. Resfriador evaporativo, caracterizado pelo fato de que compreende o trocador de calor (20, 100), como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 4 e 7 e 8.
10. Desumidificador, caracterizado pelo fato de que compreende o trocador de calor (20, 100), como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 4 e 7 e 8, e sendo que compreende ainda um elemento de resfriamento (62),

Petição 870180151789, de 14/11/2018, pág. 9/15 o desumidificador sendo disposto para passar um fluxo de ar através do canal primário (26, 126) para o elemento de resfriamento e retornar o ar resfriado do elemento de resfriamento através do canal secundário (28, 128).
11. Método para fabricar um trocador de calor (100), como definido na reivindicação 7 ou 8, sendo o referido método, caracterizado pelo fato de que compreende, em nenhuma ordem específica, as etapas de:

prover uma pluralidade de tiras de material condutor de calor alongado;

formar um elemento de espaçamento (122) o qual separa um primeiro canal de fluxo (126) para um fluxo em uma primeira direção e um segundo canal de fluxo (128) para um fluxo em uma segunda direção dentro do trocador de calor (100); e incorporar as ditas tiras de material condutor de calor alongado no elemento de espaçamento (122) de modo que cada tira alongada forme uma aleta (114) condutora de calor que estende-se através do elemento de espaçamento (122) e para dentro tanto do primeiro quanto do segundo canais de fluxo;

prover uma superfície de retenção de água (30) sobre as aletas (114) dentro de pelo menos o segundo canal (128); e prover uma fonte de água para molhar as aletas (114) dentro do segundo canal (128).
12. Método de fabricação, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o elemento de espaçamento (122) que incorpora as tiras alongadas é formado por:

prover uma primeira camada de tiras alongadas espaçadas, substancialmente paralelas de material condutor de calor em um único plano;

aplicar as tiras alongadas de material de espaçamento na primeira camada de tiras condutoras de calor, substancialmente perpendiculares às tires condutores de calor, pare formar uma grade;

aplicar uma segunda camada de tires alongadas espaçadas, substancialmente paralelas em um único plano no material de espaçamento

Petição 870180151789, de 14/11/2018, pág. 10/15 previamente aplicado;

aplicar as tiras alongadas de material de espaçamento na segunda camada de tiras condutoras de calor, coincidentes com o material de espaçamento previamente aplicado.
13. Método de fabricação, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que um molde (130) compreendendo uma primeira metade (134) apresentando:

uma pluralidade de plataformas espaçadas, substancialmente paralelas, sobre as quais tires alongadas de material condutor de calor podem ser colocadas, e ranhuras (138) que correm substancialmente perpendiculares às plataformas; e uma segunda metade (132) complementar à primeira metade, está provida; e sendo que o elemento de espaçamento (122) que incorpore as tires alongadas é formado colocando as tires condutores de calor alongadas por sobre as plataformas e injetando um material adequado dentro das ranhuras de modo a formar os elementos de espaçamento, por meio disto formando uma grade.
14. Método de fabricação, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que as plataformas estão em diferentes alturas umas em relação às outras de modo que as tires fiquem deslocadas uma das outras em uma direção perpendicular à primeira direção.
15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 14, caracterizado pelo fato de que as aletas (114) condutores de calor apresentam um comprimento de corda e estão dispostas em grupos repetidos, sendo que as aletas (114) de cada grupo repetido são escalonadas umas em relação às outras na primeira direção e deslocadas umas das outras em uma direção perpendicular à primeira direção e sendo que o passo de aletas (114) correspondentes em grupos adjacentes na primeira direção corresponde a pelo menos três vezes o comprimento de corda.