ES2202736T3 - Intercambiador de calor de flujo cruzado con valvula de derivacion. - Google Patents
Intercambiador de calor de flujo cruzado con valvula de derivacion.Info
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Abstract
UN TERMOINTERCAMBIADOR DE FLUJO CRUZADO (1) COMPRENDE DOS CIRCUITOS DE FLUJO PASANTE, SEPARADOS FISICAMENTE ENTRE ELLOS Y ACOPLADOS TERMICAMENTE ENTRE SI, ENCONTRANDOSE TALES CIRCUITOS DISPUESTOS EN RELACION ENTRECRUZADA Y A TRAVES DE LOS CUALES FLUYE, EN DIRECCION TRANSVERSAL MUTUA, UN FLUJO DE AIRE (14) DESDE UNA ENTRADA DE AIRE EXTERIOR (3) A UNA DESCARGA (7), HASTA LLEGAR AL ESPACIO PARA LA CALEFACCION, Y, POR EJEMPLO, UNA ENTRADA (8) PARA LOS GASES (15) CALIENTES DE LA CHIMENEA QUE PROCEDEN DEL QUEMADOR, HASTA UNA DESCARGA (11) DE LOS GASES DE LA CHIMENEA (15) HACIA EL EXTERIOR, SIENDO TODAS LAS PAREDES (13) SUSTANCIALMENTE COHERENTES Y MANTENIENDOSE EN CONEXION MUTUA, TENIENDO EL TERMOINTERCAMBIADOR (1) UNA FORMA PRACTICAMENTE PRISMATICA. EL TERMOINTERCAMBIADOR (1) SEGUN LA INVENCION TIENE LA CARACTERISTICA DE QUE, EN LA FORMA PRISMATICA, UNA PARTE PRISMATICA MENOR (18), QUE SIRVE DE CIRCUITO DE DERIVACION, CON LA MISMA SECCION TRANSVERSAL A LA DIRECCION PRINCIPAL, CARECE DE PAREDES YCOMPRENDE UNA CAVIDAD (18) LIMITADA POR DOS PAREDES (19, 20), CUYA CAVIDAD (18) FORMA PARTE DEL PRIMER CIRCUITO DE FLUJO PASANTE, EN CUYA CAVIDAD (18) SE ENCUENTRA DISPUESTA UNA VALVULA (21) QUE PUEDE DESPLAZARSE ENTRE UNA POSICION CERRADA Y UNA POSICION ABIERTA.
Description
Intercambiador de calor de flujo cruzado con
válvula de derivación.
La invención se refiere a un intercambiador de
calor de flujo cruzado para uso en un sistema de calefacción de
ambiente que está adaptado para calentar aire por medio de un
quemador;
cuyo intercambiador de calor comprende dos
circuitos de flujo continuo separados físicamente uno del otro y
térmicamente conectados uno al otro por medio de un cierto número
de paredes paralelas,
cuyos circuitos están dispuestos en relación
entrecruzada y a través de los cuales circulan, en dirección
transversal mutua, respectivamente
(1) un flujo de aire desde una entrada de aire
exterior hacia una descarga al ambiente para calentamiento
(2) un flujo de gas desde una entrada, por
ejemplo para gases calientes de combustión que llegan del quemador,
hacia una descarga para gases de combustión al exterior, o aire que
llega desde el ambiente hacia una descarga por éste al
exterior,
cuyas paredes son todas sustancialmente
congruentes y están sostenidas en conexión mutua por medios
constructivos, cuyo intercambiador de calor generalmente tiene una
forma sustancialmente prismática, la dirección principal del cual,
paralela a las líneas generatrices, se extiende transversalmente a
los planos principales de las paredes,
por el cual, en la forma prismática, una parte
prismática más pequeña que sirve como circuito de derivación, con
la misma sección transversal a la dirección principal, está libre
de paredes y comprende una cavidad delimitada por dos paredes, cuya
cavidad forma parte del primer circuito de flujo continuo, en cuya
cavidad está dispuesta una válvula que se puede desplazar entre una
posición cerrada y una posición abierta por medio de medios de
control acoplados a la válvula, cuya válvula comprende un eje
rotativo mediante un accionamiento, y soporta un elemento
sustancialmente con forma de placa que se extiende sustancialmente
sobre toda la dimensión transversal de dicha parte prismática más
pequeña, se extiende entre las paredes laterales de la parte
prismática más pequeña en la posición cerrada de la válvula, y está
a una distancia desde por lo menos una de esas paredes laterales en
la posición abierta de la válvula.
Un intercambiador de calor de esta clase es
conocido a partir de la Patente Francesa
FR-A-2 626 969, que describe un
denominado intercambiador de calor de flujo cruzado con una
derivación.
Utilizar un intercambiador de calor conocido de
esta clase puede conducir a un problema en cierto período del año,
tal como el período de verano, en el cual la temperatura exterior es
mayor que la temperatura interior. En ese caso, el sistema con
recuperación de calor trabajará en forma invertida y la habitación
será calentada con respecto a la temperatura exterior. Bajo
ciertas circunstancias esto puede ser indeseable.
La presente invención tiene como objeto mejorar
el intercambiador de calor conocido citado anteriormente, y
especialmente, mejorar la operación durante el período de
verano.
Por lo tanto la presente invención proporciona
los medios de control que están conectados a un sensor para la
temperatura exterior o la temperatura del flujo de aire desde la
entrada de aire exterior.
A menudo se encuentra que es deseable para el
primer circuito de flujo continuo que comprenda una parte a través
de la cual no todo el aire frío exterior alcance el ambiente a
calentar en estado precalentado. En ciertas condiciones puede ser
deseado alimentar una fracción del aire exterior admitido sin
calentar al ambiente a calentar. Es conocido per se para
este propósito incorporar un circuito de flujo continuo en
derivación paralelo al primer circuito de flujo continuo del
intercambiador de calor.
Una realización preferida tiene la característica
especial de que el eje está situado simétricamente con relación a
dichas paredes laterales. Esta realización tiene la ventaja de que
el aire que circula carga simétricamente el elemento con forma de
placa, cuyo elemento debe por supuesto estar incorporado
simétricamente con relación al eje. Mediante esto, la válvula
también puede hacerse rotar con muy poco esfuerzo cuando el aire
está circulando por ésta, dado que ninguna resistencia es encontrada
por el aire que circula por ésta. En la situación estacionaria, el
accionamiento con esta estructura tampoco está bajo esfuerzo de
rotación.
Con preferencia, el intercambiador de calor de
flujo cruzado además tiene la característica especial de que el
elemento con forma de placa está montado de forma que puede rotar
sobre ambos de sus extremos. De este modo se evita,
particularmente en la situación cerrada, que el elemento con forma
de placa esté colocado bajo esfuerzo de flexión por el aire que
circula a través de ésta.
Una realización específica tiene la
característica especial de que el accionamiento comprende un motor
con un engranaje reductor. Mediante éste, puede ser realizado un
desplazamiento uniforme del elemento con forma de placa, en el cual
la fuerza puede ser suficientemente grande bajo todas las
condiciones a causa del movimiento lento.
Una realización simple tiene la característica
especial de que el accionamiento comprende dos interruptores de fin
de carrera que determinan respectivamente las posiciones cerrada y
abierta de la válvula. Esta estructura tiene la ventaja de que
ambas posiciones extremas pueden ser determinadas con un medio muy
simple, fiable y barato.
Una realización alternativa tiene la
característica especial de que el accionamiento comprende un motor
paso a paso. Un motor paso a paso permite de manera simple una
posición intermedia posiblemente deseada. Tal posición intermedia
podría en principio ser alcanzada también con un motor ordinario.
En ese caso, sin embargo, debe ser utilizado un medio detector de
posición para indicar la posición instantánea del elemento de
válvula con forma de placa al medio de control, que responde a esto
comparando la posición instantánea con una posición nominal fijada
por un usuario o determinada sobre la base de un control por
programa y señales externas.
Una realización específica tiene la
característica especial de que los medios de control se pueden
conectar para fines de control a un sensor de temperatura
exterior.
El sistema según la invención es un sistema que
es utilizado en un sistema de calefacción de ambientes con
recuperación de calor. El aire contaminado interior es reemplazado
por aire fresco exterior, en donde tiene lugar un intercambio de
energía térmica entre el aire interior caliente a ser descargado y
el aire exterior entrante, todavía sin calentar.
En sistemas conocidos, se produce un problema en
un período, por ejemplo en período de verano, cuando la temperatura
exterior es mayor que la temperatura interior. En este caso, el
sistema con recuperación de calor comenzará a operar en inversión,
y el ambiente en cuestión será calentado con relación a la
temperatura externa. En ciertas condiciones, esto puede ser
indeseable. En la mayoría de los dispositivos comparables con
recuperación de calor, la ventilación de alimentación es simplemente
desconectada en esas condiciones. Si por alguna razón esto no es
posible, tal como en el caso de paredes exteriores fuertemente
cargadas de ruido que hacen imposible por ejemplo abrir ventanas
para ventilación natural, o debido a circunstancias personales tales
como alergias, debe ser aplicado un circuito en derivación. Esta
derivación opcionalmente podría estar dispuesta fuera del sistema
de calefacción de ambiente. Cuando la derivación es conectada, el
aire exterior será reencaminado alrededor del sistema de
calefacción de ambiente con recuperación de calor en el estado
activo de la derivación.
La presente invención parte del principio que en
el sistema de calefacción de ambiente debe estar presente un
intercambiador de calor de flujo cruzado que debe él mismo estar
provisto con el sistema de derivación. Esto proporciona la
posibilidad de una estructura muy simple.
En una realización preferida el intercambiador de
calor según la invención tiene la característica particular de que
el intercambiador de calor tiene la misma forma general que un
intercambiador de calor conocido y es por lo tanto intercambiable
con éste.
El intercambiador de calor también puede tener la
característica especial de que la parte prismática que sirve como
circuito de derivación es una unidad separada. Tal parte
prismática relativamente pequeña que sirve como circuito de
derivación forma un módulo enchufable y puede ser situado en un
intercambiador de calor que esté provisto de un espacio vacío
adaptado para este fin en el cual encaja esta parte prismática
relativamente pequeña.
Respecto de esta realización y la realización
descrita en el párrafo anterior, debe prestarse atención en este
caso al hecho de que el espacio de derivación causa una cierta
disminución en las dimensiones efectivas del intercambiador de
calor. Sin embargo en la práctica, se encuentra que los
intercambiadores de calor de sistemas de calefacción de ambiente
están suficientemente dimensionados de manera tal que esto no
plantea un problema.
Una de las realizaciones descritas es realizada
de manera tal que los medios de control, que pueden comprender por
ejemplo un microprocesador o similar, se pueden conectar para
control a un sensor de temperatura exterior.
El sistema puede, por ejemplo, tener las
siguientes situaciones funcionales:
(1) Temperatura de aire exterior menor que 15ºC;
derivación cerrada; sistema de calefacción de ambiente activo. El
aire exterior suministrado es calentado por el aire interior
descargado.
(2) Temperatura de aire exterior menor que 15ºC o
mayor que 20ºC; derivación abierta; sistema de calefacción de
ambiente no activo. El aire exterior suministrado es conducido
directamente hacia el ambiente sin ser calentado.
(3) Temperatura de aire exterior menor que 20ºC;
derivación cerrada; sistema de calefacción de ambiente activo. El
aire exterior suministrado es calentado por el aire interior
descargado.
Dichos niveles de 15ºC y 20ºC son fijados a modo
de ejemplo. El sistema puede ser diseñado por ejemplo de manera
tal que el usuario del sistema de calefacción de ambiente puede
regular estas temperaturas.
La regulación descrita puede tener como
consecuencia un calentamiento menor de la vivienda en el verano
durante el día (cuando afuera está caluroso) y un enfriamiento más
rápido de la vivienda durante la noche (cuando afuera está
relativamente fresco).
La invención será ahora dilucidada con referencia
a los dibujos adjuntos. En éstos:
la figura 1 muestra una vista en perspectiva
parcialmente recortada de una parte de un sistema de calefacción
de ambiente que incorpora un intercambiador de calor de flujo
cruzado según la invención;
la figura 2 muestra una vista en perspectiva de
un intercambiador de calor conocido;
la figura 3a muestra una vista que se corresponde
con la figura 2 del intercambiador de calor de la figura 1 en la
situación en la cual la válvula de derivación está cerrada; y
la figura 3b muestra una vista que se corresponde
con la figura 3a en la situación en la cual la válvula de
derivación está totalmente abierta.
La Figura 1 muestra una parte de un dispositivo
de calefacción de ambiente 1. Un intercambiador de calor 2 de
flujo cruzado está incorporado en el mismo.
A través de una entrada 3 es alimentado aire frío
exterior al intercambiador de calor 2 a través de una primera
cavidad de admisión 4. A través de una primera cavidad de
descarga 5 el aire exterior caliente, que ha pasado a través del
intercambiador de calor 2 a través de un primer circuito de flujo
continuo, es descargado mediante un ventilador 6 hacia una salida
7 a través de la cual el aire caliente es guiado hacia el ambiente
a calentar.
A través de una segunda entrada 8 el aire
extraído del ambiente es alimentado a través de una segunda
cavidad de admisión 9 hacia un segundo circuito de flujo continuo
del intercambiador de calor 2 y descargado de éste a través de una
segunda cavidad de descarga 10 hacia una salida 11 para su
descarga hacia el exterior. Utilizando el dispositivo 1 tiene
lugar de este modo una recuperación efectiva del calor presente en
el aire a ser descargado desde el ambiente.
Antes de la discusión del intercambiador de calor
2 según la invención, se hace primero referencia a las figuras 2,
3a y 3b.
La figura 2 muestra un intercambiador de calor
conocido 12. Este es del tipo de flujo cruzado con dos circuitos
de flujo continuo que están físicamente separados uno del otro y
térmicamente conectados uno al otro por medio de un cierto número de
paredes paralelas 13, por ejemplo de aluminio. Estos circuitos
están mutuamente entrecruzados y la circulación a través de ellos
puede tener lugar en dirección transversal mutua. La dirección
general de dichos dos circuitos de flujo continuo está indicada
sobre la pared extrema derecha por medio de dos flechas 14, 15.
La realización de este intercambiador de calor 12 es generalmente
conocida. Las paredes 13 están sostenidas en conexión mutua por
medio de medios constructivos 16.
Como se muestra en la figura 2, el intercambiador
de calor 2 tiene una forma sustancialmente prismática, la
dirección principal del cual, paralela a las líneas generatrices,
se extiende transversalmente a los planos principales de las
paredes.
El intercambiador de calor 17 de acuerdo con las
figuras 3a y 3b tiene la misma forma generalmente prismática que
el intercambiador de calor 12 de la figura 2. Éste es, por esto,
totalmente intercambiable con este intercambiador de calor 12.
El intercambiador de calor 17 tiene la
característica especial con relación al intercambiador de calor 12
de que en la forma prismática una forma prismática más pequeña 18,
con la misma sección transversal a la dirección principal, está
libre de paredes y de este modo comprende una cavidad 18 delimitada
por dos paredes. Esta cavidad 18 forma parte del primer circuito
de flujo continuo que para el intercambiador de calor 12 está
designado con 14 en la figura 2. A este respecto, la cavidad está
por lo tanto delimitada en los lados por dos paredes 19, 20.
Dispuesta en la cavidad 18 está una placa 21 que sirve como cuerpo
de válvula, que se puede desplazar entre una posición cerrada de
acuerdo con la figura 3a y una posición abierta de acuerdo con la
figura 3b. En la posición abierta mostrada en la figura 3b la
válvula está designada con 21'. La placa 21 está montada
centralmente sobre sus extremos longitudinales en cojinetes de
rotación 31, 32 que juntos definen un eje de rotación que se
extiende simétricamente con relación a la parte prismática 18. La
placa 21 está asimismo situada simétricamente con relación a dicho
eje. De este modo la placa 21 puede ser desplazada entre la
posición cerrada de la figura 3a, en la cual los bordes de los lados
largos de la placa 21 sustancialmente se unen a las paredes 19,
20, y la posición abierta, en la cual la placa 21 se extiende en
un plano que se extiende más o menos paralelo a las paredes 19,
20. La rotación de la placa 21 tiene lugar con un accionamiento 33
incorporado en este caso como motor paso a paso. El control de
éste tiene lugar mediante un medio de control central que
comprende, por ejemplo, un microprocesador que está conectado, por
ejemplo, a un termostato de ambiente, un sensor de temperatura
exterior y medios de control que pueden comprender, por ejemplo,
un teclado para la operación por un usuario.
El flujo de aire a través de la cavidad 18 no es
conducido a lo largo de las superficies del intercambiador de
calor 17. Como consecuencia de esta cavidad de derivación 18
tiene lugar un flujo continuo directo de aire exterior por lo tanto
hacia afuera del intercambiador de calor.
Un sistema de calefacción de ambiente es
generalmente conocido y aplicado a gran escala. Las viviendas
equipadas con tal sistema deben permanecer también ventiladas por
el ventilador de admisión durante el verano. Se nota a este
respecto que no siempre es deseable o aún posible abrir ventanas,
por ejemplo debido al ruido de la calle. Sin embargo, es
necesaria una adecuada ventilación de los ambientes en estas
viviendas. Con este propósito la válvula 21 es ubicada en su
posición 21'. El suministro de aire con una resistencia al flujo
considerablemente reducida por medio del ventilador 6 está de este
modo asegurado también en el verano. Esto también tiene como
consecuencia una reducción considerable de la capacidad requerida
del ventilador 6.
Se llama la atención sobre el hecho de que el
intercambiador de calor 17 según las figuras 1 y 3 preferentemente
tiene la misma forma externa que el intercambiador de calor
conocido de la figura 2. De este modo, el intercambiador de calor
17 puede ser utilizado para reemplazar el intercambiador de calor
conocido 12.
Además se llama la atención sobre el hecho de que
la invención también se refiere a la unidad de derivación que está
adaptada y destinada a ser agregada a un intercambiador de calor
que está provisto con un espacio para contener tal unidad. Esta
unidad de derivación según la invención está especificada en la
reivindicación 10.
Claims (11)
1. Intercambiador de calor de flujo cruzado (12,
17) para uso en un sistema de calefacción de ambiente (1) que está
adaptado para calentar aire por medio de un quemador;
cuyo intercambiador de calor comprende dos
circuitos de flujo continuo separados físicamente uno del otro y
térmicamente conectados uno al otro por medio de un cierto número
de paredes paralelas (13),
cuyos circuitos están dispuestos en relación
entrecruzada y a través de los cuales circulan, en dirección
transversal mutua, respectivamente
(1) un flujo de aire desde una entrada de aire
exterior hacia una descarga al ambiente para calentamiento
(2) un flujo de gas desde una entrada, por
ejemplo para gases calientes de combustión que llegan del quemador,
hacia una descarga para gases de combustión al exterior, o aire
que llega desde el ambiente hacia una descarga por éste al
exterior,
cuyas paredes (13) son todas sustancialmente
congruentes y están sostenidas en conexión mutua por medios
constructivos (16), cuyo intercambiador de calor generalmente tiene
una forma sustancialmente prismática, la dirección principal del
cual, paralela a las líneas generatrices, se extiende
transversalmente a los planos principales de las paredes,
por el cual, en la forma prismática, una parte
prismática más pequeña (18) que sirve como circuito de derivación,
con la misma sección transversal a la dirección principal, está
libre de paredes y comprende una cavidad delimitada por dos paredes
(19, 20), cuya cavidad forma parte del primer circuito de flujo
continuo, en cuya cavidad está dispuesta una válvula (21, 21') que
se puede desplazar entre una posición cerrada y una posición
abierta por medio de medios de control acoplados a la válvula, cuya
válvula comprende un eje rotativo mediante un accionamiento (33), y
soporta un elemento sustancialmente con forma de placa que se
extiende sustancialmente sobre toda la dimensión transversal de
dicha parte prismática más pequeña, se extiende entre las paredes
laterales de la parte prismática más pequeña en la posición cerrada
de la válvula, y está a una distancia desde por lo menos una de
esas paredes laterales en la posición abierta de la válvula,
caracterizado porque los medios de control que están
conectados a un sensor para la temperatura exterior y/o la
temperatura del flujo de aire desde la entrada de aire
exterior.
2. Intercambiador de calor como el reivindicativo
en la reivindicación 1 en el cual los medios de control están
dispuestos de manera tal que, con una temperatura exterior por
debajo de un cierto valor prefijado, tal como 15°C, o por encima de
un cierto valor prefijado, tal como 20°C, la válvula es llevada
hacia una posición abierta.
3. Intercambiador de calor como el reivindicado
en la reivindicación 2 en el cual las temperaturas prefijadas son
regulables por el usuario.
4. Intercambiador de calor como el reivindicado
en las reivindicaciones 1, 2 ó 3, en el cual el eje tiene un eje de
rotación que se extiende sustancialmente en la dirección
transversal con relación a la dirección de circulación del primer
circuito de flujo continuo.
5. Intercambiador de calor como el reivindicado
en una o más de las reivindicaciones 1-4, en el
cual el eje está situado simétricamente con relación a dichas
paredes laterales.
6. Intercambiador de calor como el reivindicado
en la reivindicación 5, en el cual el elemento con forma de placa
está montado de forma que puede rotar sobre ambos de sus
extremos.
7. Intercambiador de calor como el reivindicado
en una o más de las reivindicaciones 1-6, en el
cual el accionamiento comprende un motor con un engranaje
reductor.
8. Intercambiador de calor como el reivindicado
en la reivindicación 7, en el cual el accionamiento comprende dos
interruptores de fin de carrera que determinan respectivamente las
posiciones cerrada y abierta de la válvula.
9. Intercambiador de calor como el reivindicado
en las reivindicaciones 7 u 8, en el cual el accionamiento (33)
comprende un motor paso a paso.
10. Intercambiador de calor como el reivindicado
en la reivindicación 9, en el cual el intercambiador de calor tiene
la misma forma general que un intercambiador de calor conocido y
es por lo tanto intercambiable con éste.
11. Intercambiador de calor como el reivindicado
en la reivindicación 10, en el cual la parte prismática que sirve
como circuito de derivación es una unidad separada.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1007298 | 1997-10-16 | ||
| NL1007298A NL1007298C2 (nl) | 1997-10-16 | 1997-10-16 | Kruisstroom-warmtewisselaar met bypass-klep. |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2202736T3 true ES2202736T3 (es) | 2004-04-01 |
Family
ID=19765852
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES98203429T Expired - Lifetime ES2202736T3 (es) | 1997-10-16 | 1998-10-12 | Intercambiador de calor de flujo cruzado con valvula de derivacion. |
Country Status (7)
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| PT (1) | PT909933E (es) |
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