ES2219113T3 - Dispositivo acondicionador de aire. - Google Patents

Abstract

Un dispositivo de acondicionamiento de aire especialmente destinado a ser colocado en el techo con una baja altura de encastrado o empotramiento, y que comprende: al menos un intercambiador de calor (11), con una percolación substancialmente horizontal del aire ambiental del local, al menos un canal o paso de ventilación (14) para el aire fresco, dispuesto substancialmente paralelo al intercambiador de calor (11) y a una corta distancia del mismo, en su lado de salida, una cámara de aire abierta hacia abajo (22), dispuesta entre el canal de ventilación (14) y el intercambiador de calor (11), y unas boquillas de aire (16), dispuestas en la pared lateral (15) del canal de ventilación (14) situada de cara a la cámara de aire (22), las cuales están dirigidas hacia la salida (28) de la cámara de aire, caracterizado por que la cámara de aire (22) está provista de una sección transversal que se ensancha en dirección hacia la salida (28), y las boquillas de aire (16) desembocan en la parte superior, más estrecha, de la cámara de aire, dicha pared lateral (15) del canal de ventilación (14) está diseñada de modo que forme una primera parte de pared (15a) que forma un ángulo agudo () con el intercambiador de calor (11), a fin de constituir un lateral del canal de ventilación (14), así como una segunda parte de pared (15b) suavemente curvada, entre la primera parte de pared (15a) y una tercera parte de pared (15c), la cual constituye un fondo del canal de ventilación (14), las boquillas de aire (16) se han diseñado de tal manera que las corrientes de aire de ventilación que pasan a través de las boquillas de aire son dirigidas hacia y a lo largo de dicha primera parte de pared (15a) de modo que fluyen interrumpidamente, de acuerdo con el efecto Coanda, y se adhieren temporalmente a lo largo de las segunda y tercera partes de pared (15b, 15c), las cuales se extienden alejándose del intercambiador de calor.

Description

Dispositivo acondicionador de aire.

La presente invención se refiere a un dispositivo de acondicionamiento de aire especialmente destinado a su instalación en el techo, con una baja altura de encastrado o empotrado y que comprende al menos un intercambiador de calor, orientado preferiblemente en posición vertical, con una percolación substancialmente horizontal del aire ambiental del local y con al menos un canal o paso de ventilación para el aire fresco, dispuesto substancialmente paralelo al intercambiador de calor y a una corta distancia del mismo, en su lado de salida, una cámara de aire abierta hacia abajo, dispuesta entre el canal de ventilación y el intercambiador de calor, así como boquillas de aire, dispuestas en la pared lateral del canal, perteneciente al canal de ventilación y situada de cara a la cámara de aire, las cuales están dirigidas hacia la salida de la cámara de aire.

Antecedentes de la invención y problema planteado

Son conocidos los dispositivos de acondicionamiento de aire para la colocación en el techo, especialmente para el enfriamiento y la ventilación del aire ambiental de un local; véanse, por ejemplo, los documentos GB 2.271.175 A y WO 94/24491, en los que una adición de aire primario, es decir, aire de ventilación, al aire ambiental de un local, enfriado por el elemento de enfriamiento, contribuye a la circulación a través del elemento de enfriamiento. Estos dispositivos están construidos y funcionan de tal manera que el aire ambiental del local, caliente, fluye verticalmente hacia arriba, por su propia circulación natural, hasta introducirse en los dispositivos, donde el aire caliente es enfriado por el elemento de enfriamiento, de tal manera que, como consecuencia de su densidad, se precipitaría hacia abajo al seno del local si el aire primario no estuviese dirigido de tal forma que el aire fluye hacia fuera a lo largo de la cara inferior del techo. De esta forma, se obtienen una circulación natural o por sí mismo del aire ambiental del local, una regulación de la temperatura del aire y un ambiente relativamente carente de corrientes de aire.

Las desventajas de estos dispositivos de acondicionamiento de aire convencionales son:

\bullet su gran altura empotrada, debido al hecho de que el elemento de enfriamiento está situado, por lo común, horizontalmente y la percolación del aire ha de ser llevada a la parte superior del elemento de enfriamiento;

\bullet el molesto ruido ocasionado por la salida del aire primario; y

\bullet el hecho de que el aire enfriado sigue tan solo en una extensión limitada la cara inferior del techo, debido al cambio abrupto en la dirección del flujo de aire.

Otra solución de la técnica anterior es el documento WO 98/09115, el cual describe un dispositivo de acondicionamiento de aire de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

El objeto de la presente invención y la solución al problema

El objeto de la presente invención consiste en proporcionar un dispositivo de acondicionamiento de aire que:

\bullet tenga una baja altura empotrada, gracias a lo cual pueda reducirse la altura del local y, con ello, los costes de la construcción;

\bullet se sitúe de forma ajustada en el techo, lo que facilita el montaje desde abajo y evita que aparezcan rebajes o cavidades que son difíciles de encontrar y en las que se pueden acumular el polvo y la suciedad;

\bullet sea de una construcción sencilla y, por tanto, tenga unos bajos costes de fabricación;

\bullet presente un ruido de salida o impulsión muy bajo;

\bullet proporcione una buena oportunidad al aire enfriado de seguir o recorrer la cara inferior del techo a lo largo de una distancia más larga, y, por tanto, reduzca el riesgo de precipitación hacia abajo;

\bullet esté construido en módulos y pueda ser ensamblado en muchas combinaciones diferentes para distintos propósitos y condiciones del local;

\bullet sea capaz de integrarse con apliques de luz y dispositivos opcionales de aporte de calor.

Estos objetos se han resuelto por medio de las características establecidas en la reivindicación 1.

Descripción de los dibujos

En lo que sigue se describirá adicionalmente la invención por medio de un cierto número de ejemplos, con referencia a los dibujos que se acompañan.

La Figura 1 muestra un corte transversal de un modelo básico de un dispositivo de acuerdo con la invención.

La Figura 2 muestra un corte en vista frontal y a una escala ampliada de una de las salidas de aire.

La Figura 3 ilustra un corte transversal a lo largo de la línea III-III de la Figura 2.

La Figura 4 muestra un corte transversal a lo largo de la línea IV-IV de la Figura 2.

La Figura 5 muestra cortes transversales practicados a través de diferentes realizaciones.

Descripción de las realizaciones

El modelo básico del dispositivo de acondicionamiento de aire que se muestra en la Figura 1 comprende un intercambiador de calor continuo convencional 11, por ejemplo, un elemento de refrigeración, que comprende unos canales o pasos 12 para el medio de enfriamiento y un gran número de bridas de enfriamiento transversales 13, dispuestas a una cierta distancia unas de otras. Paralelamente al intercambiador de calor se ha dispuesto un canal o paso de ventilación 14 para el aire primario, el cual se ha diseñado de tal manera que una de sus paredes 15 de canal, la que está situada de cara al intercambiador de calor 11, forma un ángulo agudo \alpha con el intercambiador de calor, ángulo que no ha de ser mayor que 15º, en el cual se encuentra situado uno de los vértices superiores 14a del canal de ventilación 14, en estrecha proximidad con el extremo superior del intercambiador de calor 11. En la porción superior recta 15a de dicha pared de canal se ha dispuesto al menos una hilera longitudinal de boquillas de aire 16, las cuales están dirigidas hacia abajo, de tal forma que la corriente de aire de salida 17 fluye a lo largo de la pared de canal inclinada 15. Ésta se transforma en una porción biselada o redondeada 15b y continúa en una porción de pared de canal 15c inferior y plana, en dirección hacia el vértice inferior 14b del canal de ventilación 14, el cual está situado en posición diametralmente opuesta al vértice 14a. La porción de pared de canal inferior 15c forma un ángulo agudo \beta con el plano horizontal, antes de transformarse en la esquina o vértice 14b y en el techo 21. Por supuesto, es posible diseñar la porción de pared de canal 15b con partes rectas más cortas, ensambladas a una curva, en lugar de la realización convexa y biselada, si bien es importante que el cambio de dirección no sea mayor que aquél para el que el efecto Coanda se mantenga casi sin cambios incluso a una considerable distancia a lo largo del techo.

En virtud del efecto Coanda conocido, el aire primario que fluye hacia fuera desde las boquillas de aire 16 se "adherirá" a las porciones de pared de canal 15a, 15b y 15c y las seguirá en su recorrido, de tal modo que el aire secundario 20 que circula por su propia convección natural, esto es, el aire caliente que asciende, el cual pasa descendiendo por el intercambiador de calor 11 y es enfriado por éste, es arrastrado por el aire primario que está fluyendo hacia abajo, y se hace fluir a lo largo de dichas porciones de pared y continúa en una dirección substancialmente horizontal a lo largo de la cara inferior del techo 21, antes de que empiece a precipitarse hacia abajo.

El espacio libre 22 existente entre el intercambiador de calor 11 y el canal de ventilación 14 diverge o se ensancha en dirección a la porción inferior del intercambiador de calor, donde se ha dispuesto una placa de guía 23 que dirige las corrientes de aire -principalmente el aire secundario- en dirección hacia el techo 21. La placa de guía 23 se ha dispuesto de tal manera que la corriente de aire que pasa se estrangula sólo en un grado limitado, proporcionándosele substancialmente, de forma preferida, el mismo ángulo con el plano horizontal que el ángulo \beta de la porción de pared 15c. Preferiblemente, la placa de guía 23 consiste en una parte de una bandeja 24, que rodea la porción de extremo inferior o de fondo del intercambiador de calor y trabaja, por tanto, como una vasija o recipiente para la recogida del agua de condensación opcional.

De manera preferida, el canal de ventilación 14 y el intercambiador de calor 11 están integrados el uno con el otro, por ejemplo, por medio de una placa superior común 25, de tal manera que la pared lateral exterior 29 del canal de ventilación 14 forma esencialmente 90º con la placa superior 25, formándose con ello un módulo substancialmente rectangular que puede ser ensamblado en diferentes combinaciones de acuerdo con las Figuras 5 a 11.

El diseño de las boquillas de aire 16 es fundamental por lo que respecta al funcionamiento del acondicionador de aire. Como se observa en las Figuras 2 a 4, las boquillas se han estampado de manera que sobresalen de la pared de canal 15, y preferiblemente con la forma de "párpados" 26 con una forma parcialmente esférica y abombados en dirección al espacio de aire 22, formando unas aberturas 27 a la manera de rendijas dirigidas hacia abajo, las cuales están orientadas de tal modo que las corrientes de aire 17 que emergen de la abertura son dirigidas en dirección substancialmente paralela a la pared de canal 15. Tal como se observa en la Figura 3, una línea que se trace desde el borde anterior o frontal 30 de la abertura 27 hasta el borde anterior 31 del párpado 26 formará un ángulo y con la pared de canal 15, lo que significa que el párpado se superpone o solapa sobre la abertura 27 en cierta medida, de tal forma que la corriente de aire emergente es guiada o recibe una orientación evidente según una dirección que discurre a lo largo de la pared de canal 15, y aparece el efecto Coanda. La elección de un abombamiento parcialmente esférico 26 tiene la ventaja de que la corriente de aire no sólo es guiada en línea recta hacia abajo, a través de la abertura en rendija, sino que también se le confiere una componente dirigida de forma inclinada con respecto a la pared de canal.

La realización anteriormente descrita de las boquillas de aire 16 se basa en una construcción que resulta ventajosa por lo que se refiere a la técnica de fabricación, pero, por supuesto, las boquillas pueden tener otras formas y construcciones, siempre y cuando satisfagan los requerimientos anteriormente mencionados.

Con el fin de conseguir un intercambio de calor –enfriamiento- eficaz, es importante que las Presiones Totales P_{TOT \ 1} y P_{TOT \ 2} -véase la Figura 1- a ambos lados del intercambiador de calor 11, sean muy pequeñas. Esto se logra gracias a que el estrangulamiento en la salida 28 desde el espacio 22 es pequeño y a que las boquillas crean dicho efecto Coanda, por lo que el aire primario comunica al aire secundario una componente de movimiento, de tal manera que el recorrido de la corriente de aire que sale del dispositivo es tan corto y abierto como es posible. El efecto de enfriamiento producido por el intercambiador de calor 11 se incrementa con una mayor velocidad al paso por el mismo.

Puesto que el aire primario tiene que experimentar un cambio de dirección desde la dirección vertical hasta la horizontal sin perder de forma apreciable su capacidad de adherencia, y la corriente de aire adherida a lo largo de la pared de canal 15 será capaz de evolucionar continuamente hasta la dirección de salida y ser transferida a lo largo de la superficie horizontal del techo 21, cada cambio de dirección del paso curvo o recto 15b entre las porciones de pared de canal planas 15a y 15c no deberá exceder de 20º.

Debido a la elevada velocidad (varios metros por hora) del aire primario a su salida de las boquillas de aire 16, se obtiene una alta presión dinámica P_{DYN \ 2}. Si P_{TOT \ 1} es aproximadamente la misma que P_{TOT \ 2} y la velocidad en el lado de entrada del intercambiador de calor es baja, esto es, P_{DYN \ 1} \approx 0, entonces la presión estática P_{STAT \ 1} es mayor que P_{STAT \ 2} y el aire se hace pasar a través del intercambiador de calor 11.

P_{TOT \ 1} \approx P_{TOT \ 2} \approx P_{STAT \ 1} + P_{DYN \ 1} \approx P_{STAT \ 2} + P_{DYN \ 2}

P_{STAT \ 1} - P_{STAT \ 2} \approx P_{DYN \ 2}

Nótese que las aproximaciones:

P_{TOT \ 1} \approx P_{TOT \ 2} (un estrangulamiento pequeño en la salida 28)

P_{DYN \ 1} \approx 0 (velocidad baja en el lado de entrada del intercambiador de calor)

Con el fin de obtener una cantidad de aire tan grande como sea posible a través del intercambiador de calor 11, el ángulo deberá ser lo suficientemente grande como para que la corriente de aire 17 no golpee contra el intercambiador de calor. El ángulo deberá ser, en consecuencia, mayor que 15º.

Se obtiene una cantidad mayor de aire secundario y, en consecuencia, un mayor efecto de enfriamiento, si la corriente de aire 17 efectúa un barrido o recorrido rasante en las proximidades del intercambiador de calor. En consecuencia, el ángulo no deberá ser mayor que 45º.

Con el dimensionamiento anteriormente descrito, la cantidad de aire secundario 20 es cinco veces mayor que la cantidad de aire primario en las corrientes de aire 17.

Si las corrientes de aire 17 realizan un barrido o recorrido rasante en las proximidades del intercambiador de calor, se produce un mayor grado de turbulencia en las láminas del intercambiador de calor, lo que incrementa la transferencia de calor y, en consecuencia, el efecto de enfriamiento en el intercambiador de calor.

El ensamblado de los módulos del dispositivo de acondicionamiento de aire hace posible obtener diferentes variaciones adecuadas para las distintas demandas existentes con diferentes combinaciones y ampliaciones.

En la realización de acuerdo con la Figura 5, se han dispuesto dos módulos en posición inversa y a una cierta distancia uno con respecto al otro, y de tal forma que los intercambiadores de calor se enfrentan entre sí, de modo que se forma una cámara de entrada común 33.

En la Figura 6, se han unido dos intercambiadores de calor 11 extremo con extremo y se han situado horizontalmente -tendidos o tumbados-, a una cierta distancia de la placa superior 25 y entre dos canales de ventilación exteriores 14.

La Figura 7 muestra una realización del mismo tipo que la de la Figura 6, pero en la que se ha dispuesto un canal de suministro 34 en el techo existente para el aire de ventilación, y los intercambiadores de calor se han dispuesto apoyados contra la placa superior 25.

Las Figuras 8 y 9 muestran dos variaciones, en las cuales se han dispuesto uno o varios apliques de luz 35 en un espacio intermedio o de separación mayor entre dos módulos situados en las cámaras de entrada 33, y en las que el aire secundario se suministra a través de unas bocas opcionales 36.

La realización que se muestra en la Figura 10 se distingue de la anterior por el hecho de que los canales de ventilación 14 carecen de la porción de pared de canal 15c y de la pared lateral posterior 29. En lugar de ello, el canal de ventilación es circular, a excepción de la caja de distribución 37, que converge o se estrecha gradualmente en dirección al vértice 14a.

En la Figura 11, los intercambiadores de calor 11 se han duplicado, lo que puede ser necesario en los casos en que existe una necesidad de refrigeración mayor o en los que se necesitan tanto frío como calor en épocas diferentes.

El dispositivo de acuerdo con la invención puede constar de una o varias partes de un techo 21, es decir, la cara inferior del módulo se sitúa al mismo nivel que el techo, aunque puede utilizarse también como un elemento independiente.

Lista de números de referencia

Intercambiador de calor	11
Canales o pasos para el medio de enfriamiento	12
Bridas de enfriamiento	13
Canal de ventilación	14
Vértice superior	14a
Vértice inferior	14b
Pared de canal	15
Porción superior de pared de canal	15a
Porción de pared de canal biselada	15b
Porción de pared de canal inferior	15c
Boquilla de aire	16
Corriente de aire	17
Aire secundario	20
Techo	21
Espacio libre	22
Placa de guía	23
Bandeja	24
Placa superior	25
Abombamiento / párpado	26
Abertura	27
Salida	28
Pared lateral exterior	29
Borde anterior de abertura	30
Borde anterior de párpado	31
Limitación lateral	32
Lado de entrada	33
Canal de suministro	34
Apliques de luz	35
Boca	36
Caja de distribución	37

Claims (9)

1. Un dispositivo de acondicionamiento de aire especialmente destinado a ser colocado en el techo con una baja altura de encastrado o empotramiento, y que comprende:

al menos un intercambiador de calor (11), con una percolación substancialmente horizontal del aire ambiental del local,

al menos un canal o paso de ventilación (14) para el aire fresco, dispuesto substancialmente paralelo al intercambiador de calor (11) y a una corta distancia del mismo, en su lado de salida,

una cámara de aire abierta hacia abajo (22), dispuesta entre el canal de ventilación (14) y el intercambiador de calor (11), y

unas boquillas de aire (16), dispuestas en la pared lateral (15) del canal de ventilación (14) situada de cara a la cámara de aire (22), las cuales están dirigidas hacia la salida (28) de la cámara de aire,

caracterizado porque

la cámara de aire (22) está provista de una sección transversal que se ensancha en dirección hacia la salida (28), y las boquillas de aire (16) desembocan en la parte superior, más estrecha, de la cámara de aire,

dicha pared lateral (15) del canal de ventilación (14) está diseñada de modo que forme una primera parte de pared (15a) que forma un ángulo agudo (\alpha) con el intercambiador de calor (11), a fin de constituir un lateral del canal de ventilación (14), así como una segunda parte de pared (15b) suavemente curvada, entre la primera parte de pared (15a) y una tercera parte de pared (15c), la cual constituye un fondo del canal de ventilación (14),

las boquillas de aire (16) se han diseñado de tal manera que las corrientes de aire de ventilación que pasan a través de las boquillas de aire son dirigidas hacia y a lo largo de dicha primera parte de pared (15a) de modo que fluyen interrumpidamente, de acuerdo con el efecto Coanda, y se adhieren temporalmente a lo largo de las segunda y tercera partes de pared (15b, 15c), las cuales se extienden alejándose del intercambiador de calor.

2. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1,

caracterizado porque

las boquillas de aire (16) se han diseñado con abombamientos (26) provistos de aberturas (27), de tal manera que los abombamientos se extienden desde la pared de canal (15) en dirección hacia el intercambiador de calor (11), y por que el lado frontal o anterior (31) del abombamiento está dispuesto de modo que se superpone o solapa sobre el borde frontal o anterior (30) de la boquilla de aire (27).

3. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1,

caracterizado porque

las boquillas de aire (16) se han diseñado con forma parcialmente esférica y provistas de "párpados" que se abomban desde la pared de canal (15), y por que el párpado comprende más de la mitad de la parte de esfera.

4. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1,

caracterizado porque

el lado del canal de ventilación (14) situado de cara al lado opuesto a la pared del canal, se ha dispuesto con el fin de formar uno de los aguilones laterales (29) del dispositivo, el cual se ha dispuesto preferiblemente a través de la placa superior (25) del canal.

5. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1,

caracterizado porque

la tercera porción de pared (15c) de la pared del canal se ha dispuesto de manera que se transforma en una porción ligeramente inclinada con respecto al plano horizontal.

6. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1,

caracterizado porque

se ha dispuesto una placa de guía (23) cerca de la porción de extremo inferior del intercambiador de calor, la cual se ha colocado dentro de la porción inferior de la cámara de mezcla, y que se ha diseñado para guiar el aire secundario (20) desde el intercambiador de calor hacia la porción inferior (15b, 15c) de la pared del canal.

7. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1,

caracterizado porque

la placa de guía (23) se ha conformado y dispuesto de tal modo que estrangule tan solo en un grado limitado la corriente de aire compuesta por el aire primario y el aire secundario.

8. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1,

caracterizado porque

el canal de ventilación (14) y el intercambiador de calor (11) están unidos entre sí formando un módulo integrado en el cual la placa superior (25) del canal de ventilación constituye, preferiblemente, el elemento de unión entre éstos.

9. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1,

caracterizado porque

el ángulo (\alpha) formado entre la primera porción de pared (15a) y el intercambiador de calor (11) está comprendido entre 15º y 45º.