ES2293873T3 - Método y materiales para mejorar los intercambiadores de calor evaporativos - Google Patents

Abstract

Material laminar ondulado para usar en un intercambiador de calor evaporativo, incluyendo dicho material un medio de retención de agua con una superficie humectable y una superficie opuesta resistente al vapor.

Description

DESCRIPCIÓN

Método y materiales para mejorar los intercambiadores de calor evaporativos

Campo de la invención

La presente invención se refiere a mejoras en la capacidad de intercambio de calor de los intercambiadores de calor por evaporación. En particular, un aspecto de esta invención se refiere a un material adecuado para usar en la creación de superficies de intercambio de calor de intercambiadores de calor por evaporación. Se describen invenciones adicionales relacionadas con el funcionamiento de enfriadores evaporativos. Para facilitar la comprensión, los aspectos de esta invención se describirán en relación con el núcleo de intercambio de calor de los enfriadores evaporativos de contraflujo, así como con los métodos, equipos y sistemas para la ventilación y refrigeración de espacios cerrados.

Los diversos aspectos de esta invención se pueden aplicar a unidades de aire acondicionado autónomas adecuadas para suministrar aire enfriado a un espacio cerrado, y a unidades de acondicionamiento autónomas adecuadas para suministrar agua enfriada para uso en unidades de intercambio de calor que forman parte de un sistema para la refrigeración de espacios cerrados.

Descripción del estado de la técnica

A lo largo de esta descripción y las reivindicaciones que siguen, a menos que el contexto requiera lo contrario, la palabra "comprende", o variaciones tales como "comprende" o "que comprende", se entenderá que implica la inclusión de un número entero o etapas o grupo de números enteros establecidos o etapas.

La referencia a cualquier estado de la técnica en esta especificación no es, y no debe tomarse como, un reconocimiento o cualquier forma de sugerencia de que ese estado de la técnica forma parte del conocimiento general común en Australia.

El uso de enfriadores de aire por evaporación para el enfriamiento de espacios cerrados es bien conocido en la técnica. Estos enfriadores se construyen habitualmente con paredes exteriores que contienen un medio permeable humedecible, que se mantiene húmedo con agua que se bombea desde un depósito interno. El aire del exterior del edificio se extrae a través de los medios húmedos por medio de un ventilador ubicado dentro del enfriador evaporativo y se envía directamente al espacio cerrado o a través de un sistema de conductos al espacio cerrado. A medida que el aire pasa a través de los medios húmedos, se produce un fenómeno conocido como saturación adiabática. La humedad en las superficies de una almohadilla húmeda se evapora en el aire que pasa de acuerdo con la humedad del aire o su capacidad para absorber vapor de agua adicional. Esta evaporación provoca un intercambio de energía en el que la energía requerida para que el agua líquida se evapore en vapor se deriva del agua dentro de la almohadilla mojada, enfriando así el agua. El aire caliente que ingresa a la almohadilla se enfría luego mediante el intercambio de calor con la superficie del agua fría. El límite hasta el cual el aire se puede enfriar por este fenómeno se conoce como Temperatura de Bulbo Húmedo tal como se define en cualquier trabajo de referencia sobre psicrometría.

El aire suministrado por un enfriador evaporativo se enfría a una temperatura que siempre es mayor que la temperatura de bulbo húmedo, en un grado determinado por la eficiencia del diseño del enfriador evaporativo. El aire suministrado también es siempre más húmedo que el aire que ingresa al enfriador. Esta limitación en la temperatura alcanzable y la adición de humedad al aire limita severamente el grado de enfriamiento disponible por este método, además de limitar el uso de este medio de enfriamiento a climas relativamente cálidos y secos. En un lugar típicamente cálido y seco, como en Adelaida, Australia, la condición para el diseño [concepción] del enfriamiento por evaporación es una temperatura de bulbo seco de 38 °C y una temperatura de bulbo húmedo de 21 °C. Bajo estas condiciones de diseño, un enfriador de aire por evaporación típico suministrará aire a alrededor de 23,5 °C, pero que se ha humidificado sustancialmente. Este aire es mucho menos adecuado para proporcionar condiciones de comodidad dentro del espacio cerrado que, digamos, un sistema de aire acondicionado enfriado por refrigeración, que podría suministrar aire a 15 °C y al que no se le ha agregado humedad adicional.

También se sabe, en los métodos de la técnica anterior, que el aire se puede enfriar a temperaturas por debajo de la Temperatura de Bulbo Húmedo del aire entrante a la vez que todavía se usa solo la evaporación del agua como mecanismo de enfriamiento. Estos métodos típicamente enfrían previamente el aire entrante sin agregar humedad por medio de un intercambio de calor seco, antes de que el aire entre en contacto con las superficies húmedas para la evaporación. El enfriamiento previo del aire sin adición de humedad reduce las temperaturas de bulbo seco y de bulbo húmedo del aire, como se puede observar en cualquier gráfico psicrométrico. Cuando el aire se entra en contacto con las superficies humedecidas, se enfriará a una temperatura que se acerca a la temperatura de bulbo húmedo ahora reducida en lugar de la temperatura de bulbo húmedo original. Si este proceso se lleva al límite, es posible producir aire enfriado que se acerque al punto de condensación del aire entrante, sin agregar humedad. Este proceso de enfriamiento evaporativo indirecto del aire es bien conocido. El documento SU 979796 de Maisotsenko describe una configuración en la que una corriente principal de aire pasa a lo largo de un conducto seco, que pasa simultáneamente una corriente de aire auxiliar en contra corriente a lo largo de un conducto húmedo que está en relación de intercambio de calor con el conducto seco. La corriente auxiliar se obtiene subdividiendo la corriente total en corrientes principal y auxiliar.

Esta configuración es desarrollada aún más por Maisotsenko en el documento US 4,977,753 en el que los conductos húmedo y seco se dividen en dos secciones separadas que permiten el preenfriamiento de las corrientes de aire seco antes de su entrada en el conducto húmedo, lo que da como resultado una eficiencia de enfriamiento mejorada.

Una implementación práctica y un método de construcción de la configuración del documento US 4,977,753 se desvela en el documento US 5,301,518 de Morozov et al. El documento US 5,301,518 describe una construcción que consiste en conductos secos alternos, que pueden construirse a partir de una variedad de materiales, y conductos húmedos construidos a partir de un material poroso capilar. La configuración del flujo de aire está dispuesta de tal manera que las corrientes de aire en los conductos secos y húmedos estén en contraflujo como en las descripciones anteriores. Además, la configuración divide el intercambiador de calor en dos etapas separadas con el fin de lograr la reducción de temperatura requerida a la vez que se alivia la caída de alta presión inherente a los estrechos pasajes de aire requeridos para una transferencia de calor adecuada. La humectación del material poroso de los conductos húmedos se logra por mecha vertical desde un depósito de agua debajo del intercambiador de calor.

La descripción del documento US 5,301,518 se ha demostrado en máquinas de trabajo prácticas, que producen aire enfriado a temperaturas cercanas al punto de condensación sin agregar humedad al aire. Sin embargo, la construcción adolece de una serie de deficiencias. La resistencia al flujo de aire es alta como resultado de los estrechos pasajes de aire necesarios para una transferencia de calor efectiva. La transferencia de calor entre los pasajes de aire húmedo y seco es ineficiente debido a las capas límite de aire a ambos lados del medio entre los pasajes, que requieren grandes áreas de superficie para una transferencia eficaz de calor. La altura del intercambiador de calor está limitada por la capacidad del material poroso del conducto húmedo para absorber verticalmente, que en términos prácticos es de unos 200 mm. El flujo de aire suministrado disponible para un tamaño dado de intercambiador de calor es por lo tanto bajo, dando como resultado una construcción inaceptablemente grande y costosa para flujos de aire prácticos. También existen considerables dificultades prácticas con la construcción y operación de tal enfriador evaporativo indirecto. La distribución de las corrientes de aire a los respectivos conductos húmedos y secos requiere la separación individual de los conductos con sistemas de sellado laboriosos y costosos. Cuando se usa con suministros normales de agua potable, el agua que se evapora del conducto húmedo deja sales que no se pueden eliminar fácilmente y que finalmente obstruyen el intercambiador de calor.

También es bien conocido que el intercambio de calor y las tasas de evaporación de la superficie húmeda de superficies lisas y planas pueden mejorarse mucho disponiendo superficies adyacentes en forma de ondulaciones colocadas en diferentes ángulos para cada lámina adyacente. Este principio fue revelado por Bredberg en el documento US 3,262,682 y Norback en el documento US 3,395,903 para la construcción de medios evaporativos para su uso en enfriadores de aire evaporativos y torres de enfriamiento. La interacción de las corrientes de aire dentro de las ondulaciones adyacentes en esta construcción de medios humedecidos da como resultado una intensa evaporación desde las superficies húmedas y una intensa transferencia de calor desde las superficies frías creadas como resultado de esa evaporación. Se puede construir un medio evaporativo compacto y de alta eficiencia con una pérdida de presión mínima del flujo de aire.

La intensidad de la evaporación y el intercambio de calor demostrados en los medios de evaporación corrugados mejorarían en gran medida el rendimiento de un enfriador por evaporación indirecto si se aplicara a la configuración de flujo de aire necesaria para el enfriamiento indirecto si dichos medios pudieran adaptarse fácilmente a ese entorno.

El documento BE1013160 A6 desvela un intercambiador de calor evaporativo indirecto y un método correspondiente; la divulgación no menciona el uso de pasajes de flujo creados mediante superficies onduladas opuestas.

Otro intercambiador de calor evaporativo indirecto es conocido debido al documento US2004061245 A1 en el que se suministra agua a los conductos húmedos mediante una mecha central.

Sumario de la invención

0016] La invención se refiere a un método para efectuar el intercambio de calor entre flujos de aire a contracorriente en un intercambiador de calor por evaporación, el intercambiador de calor incluye un núcleo de intercambio de calor que comprende una pluralidad de pasajes secos y húmedos alternos, comprendiendo cada pasaje superficies onduladas opuestas, las superficies onduladas opuestas de cada pasaje húmedo incluyen un material humedecible por agua adaptado para retener agua y transferir vapor de agua desde el material humedecible al aire que fluye a lo largo de cada pasaje húmedo respectivo; las superficies corrugadas de cada pasaje seco son resistentes al vapor y se enfrían a medida que el vapor de agua se transfiere del material humedecible al aire que fluye a lo largo de cada pasaje húmedo adyacente, y hace que una parte del flujo de aire que sale de los pasajes secos regrese a los pasajes húmedos en contracorriente al flujo de aire en los pasajes secos, en donde las ondulaciones de las superficies onduladas opuestas están en ángulos de intersección, y que comprende dirigir los flujos de aire en contracorriente en los pasajes húmedos y secos en una dirección sustancialmente horizontal, suministrando agua desde arriba del núcleo al material humedecible de los pasajes húmedos en un patrón de flujo descendente y evitando que el agua entre y descienda por los pasajes secos.

La invención proporciona además un intercambiador de calor por evaporación adaptado para operar en flujo de aire a contracorriente, teniendo dicho intercambiador de calor un núcleo de intercambio de calor que comprende una pluralidad de pasajes secos y húmedos alternos, comprendiendo cada pasaje superficies corrugadas opuestas, incluyendo las superficies corrugadas opuestas de cada pasaje húmedo un material humedecible con agua adaptado para retener agua y transferir vapor de agua desde el material humedecible al aire que fluye a lo largo de cada pasaje húmedo respectivo; las superficies corrugadas de cada pasaje seco son resistentes al vapor y están adaptadas para enfriarse a medida que el vapor de agua se transfiere del material humedecible al aire que fluye a lo largo de cada pasaje húmedo adyacente, y medios para dirigir una parte del flujo de aire que sale de los pasajes secos para convertirse en flujo de aire en los pasajes húmedos, en donde las ondulaciones de las superficies onduladas opuestas están en ángulos de intersección, y en donde, en uso, la dirección del flujo de aire en contracorriente es sustancialmente horizontal en los pasajes húmedos y secos e incluye medios para suministrar agua desde arriba del núcleo al material humedecible de los pasajes húmedos en un patrón de flujo descendente y medios para evitar que el agua entre y descienda por los pasajes secos.

Las realizaciones preferidas son objeto de las reivindicaciones dependientes.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención se describirá ahora a modo de ejemplo con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 es una vista isométrica de la construcción de un medio de evaporación corrugado de la técnica anterior.

La figura 2 muestra vistas esquemáticas de las trayectorias del flujo de aire y un método de distribución de agua de un enfriador evaporativo indirecto de la técnica anterior.

La figura 3 es una vista en sección de un canal seco que muestra la construcción de medios corrugados para uso con la invención reivindicada.

La figura 4 muestra una vista en sección y esquemática de un segmento de un núcleo de enfriador evaporativo indirecto hecho del medio corrugado de la figura 3.

La figura 5 es una vista isométrica, que muestra una realización de la construcción de un segmento hueco o cavidad [de tipo bolsillo] de un núcleo de enfriador por evaporación indirecta que emplea medios corrugados.

La figura 6 es una vista isométrica de un conjunto de segmentos huecos o cavidades de la figura 5 cuando se crean en un núcleo enfriador por evaporación indirecta.

La figura 7 es un esquema que muestra el sistema de distribución de agua de otra realización en la que el núcleo de intercambio de calor está dividido en segmentos.

La figura 8 es una vista isométrica de un núcleo enfriador evaporativo indirecto ensamblado que detalla los sistemas de flujo de agua y aire.

Descripción de realizaciones

En la figura 1, el medio ondulado de la técnica anterior se muestra como un bloque de láminas del medio humedecible ondulado dentro del cual interactúan el aire seco y el agua en las superficies humedecidas. El bloque 1 está construido a partir de láminas individuales 4, de medios ondulados (típicamente papel tratado de un tipo que absorbe fácilmente el agua a lo largo de su superficie). Las ondulaciones individuales 6 se imprimen en el medio durante la fabricación y las láminas se disponen de manera que las ondulaciones se colocan en un ángulo 8 con los bordes del bloque de medio. Las láminas adyacentes 4 normalmente se pegan entre sí con ángulos de ondulación invertidos creando pasajes [pasos] de aire y agua complejos dentro de la matriz del bloque.

En funcionamiento, se introduce agua en la dirección 3 y se aplica a la superficie superior del bloque de medios. A medida que el agua 3 desciende a través de la matriz, encuentra numerosos puntos dentro de la matriz donde se encuentran las ondulaciones 6 de las láminas 4 adyacentes. En cada uno de estos puntos de intersección, parte del agua se dirige en una dirección alrededor de la intersección y el resto del agua en la dirección opuesta alrededor de la intersección. Dado que existen numerosas intersecciones de este tipo dentro de la matriz, el agua se distribuye rápidamente de manera uniforme por todo el bloque de medios, lo que garantiza una humectación uniforme de las superficies. La distribución del agua dentro de la matriz se mejora aún más debido a la propiedad del medio de absorber fácilmente el agua a lo largo de su superficie. Así, cualquier deficiencia en la uniformidad de la distribución del agua por las superficies de la matriz se compensa y corrige fácilmente.

El aire seco y caliente 5 entra en la matriz y también encuentra numerosas intersecciones de las láminas onduladas adyacentes. En cada intersección, el aire se divide en dos corrientes, lo que garantiza un movimiento uniforme del aire en toda la matriz. En cada una de estas intersecciones existe una intensa interacción entre el aire y las superficies humedecidas debido a los cambios rápidos y frecuentes en la dirección del flujo de aire. Esta intensa interacción da como resultado una rápida evaporación del agua de las superficies humedecidas, humedeciendo así el aire y enfriando las aguas en las superficies humedecidas. Dado que las superficies humedecidas están entonces considerablemente más frías que el aire entrante seco y caliente, se producirá de esta forma un intercambio de calor entre el aire y la superficie humedecida, enfriando así el aire. El aire sale del bloque matriz como aire enfriado y humidificado 7. El intercambio de calor durante este proceso también se intensifica debido a los numerosos sitios de interacción en las intersecciones de las ondulaciones por las mismas razones que para la evaporación intensificada propugnada anteriormente.

En la figura 2, se muestra una construcción de enfriador por evaporación indirecta de la técnica anterior. El aire caliente y seco 10 ingresa al pasaje de aire seco 12, pasando el límite del pasaje de aire seco 14. Cuando la construcción ha estado funcionando durante al menos un período corto, el límite del pasaje de aire seco 14 estará más frío que el aire seco que ingresa al pasaje. 12. Se producirá un intercambio de calor y el aire seco se enfriará progresivamente a medida que desciende por el conducto de aire seco.

El aire seco caliente entrante 10 se ha enfriado considerablemente cuando sale del pasaje de aire seco 14 en 15. Se instala un dispositivo de resistencia al flujo 28 en el paso del flujo de aire, lo que provoca un aumento en la presión del aire en 15. Este aumento en la presión provoca que algo del ya aire fresco y seco gire en 26, y prosiga a través del pasaje de aire húmedo 16. El pasaje de aire humedecido contiene un medio húmedo 18, que se mantiene húmedo por la absorción de agua de un depósito de agua 22. Dado que el aire aún no ha tenido cambio en su contenido de humedad, la evaporación tiene lugar desde el medio humedecido 18, humedeciendo así el aire y enfriando el agua dentro del medio humedecido por el mismo mecanismo descrito anteriormente para los medios evaporativos. A medida que el aire continúa su flujo por el pasaje húmedo, el calor del pasaje seco adyacente 12 tenderá a elevar la temperatura del aire ya humedecido 26, aumentando así su capacidad para evaporar más la humedad. Se produce más evaporación y calentamiento hasta que el aire 26 alcanza una barrera en su camino en 20, lo que hace que fluya hacia el escape 21.

El aire que fluye a través de la resistencia de flujo 28 se convierte en el aire suministrado 24. Este aire se ha enfriado sin la adición de humedad. En el límite de flujos de aire bajos y buen intercambio de calor, la temperatura del aire suministrado 24 puede acercarse al punto de condensación del aire entrante.

La figura 3 muestra un elemento de la construcción para usar con la presente invención. Un medio ondulado humedecible 40 (que puede fabricarse usando materiales y métodos de fabricación similares a los de las láminas individuales 4 del medio evaporativo descrito anteriormente) se fabrica con una membrana resistente al vapor 42 adherida a un lado. La membrana 42 puede ser de material polimérico, aunque la única propiedad esencial es que resista el flujo de vapor de agua. Se puede aplicar mediante una serie de métodos, incluido el calandrado en caliente de plástico, en película [film] de plástico adherente o mediante la aplicación de polímeros líquidos (por ejemplo, pintura), o se puede crear mediante el tratamiento de la superficie del medio humedecible. La membrana de vapor debe mantenerse lo más delgada posible para lograr la máxima transferencia de calor. El medio humedecible 40 también debe ser tan delgado como sea posible en consonancia con su requisito de mantener la superficie húmeda y absorber el agua en áreas que no están directamente humedecidas en el enfriador construido.

En la construcción descrita anteriormente, los medios humedecibles 40 a partir de los cuales están hechos los elementos centrales 44 se pueden fabricar con cualquier material que pueda humedecerse fácilmente. Los materiales prácticos incluyen papel humedecible tratado, suspensión de fibra de papel moldeado, polímeros sinterizados de partículas humedecibles y películas metálicas o de polímero con superficies tratadas o modificadas para promover la humectación. Los expertos en la técnica conocerán otros materiales humedecibles que se pueden usar en la construcción de la presente invención.

Además, los elementos centrales 44 se pueden producir utilizando un proceso de moldeado en el que la forma de los conductos ondulados se puede modificar para facilitar aún más la optimización del flujo de aire y la transferencia de calor. En particular, los conductos de aire a través de los cuales el aire de escape sale del núcleo se pueden configurar para reducir las pérdidas de presión del flujo de aire asociadas con el giro del aire dentro del núcleo desde la dirección de flujo general a una dirección de escape general.

La figura 4 muestra la pieza componente descrita en la figura 3 como parte del núcleo de evaporación de un enfriador evaporativo indirecto, tal como se utiliza en el intercambiador de calor evaporativo según la invención. En la construcción completa, el aire seco y caliente fluye a través del conducto de aire seco 50, donde el conducto de aire seco está contenido entre las superficies resistentes al vapor 42 de las láminas corrugadas 44. Se moldean conductos húmedos adyacentes 52 entre las superficies del medio humedecible 40. El aire fluye a través los pasajes secos 50 en general a contracorriente de los pasajes húmedos 52.

El ángulo en el que se establecen las ondulaciones en la dirección general del flujo de aire se ilustra mediante el ángulo 54. Este ángulo puede variar en un amplio rango para optimizar la eficiencia de la transferencia de calor y la resistencia al flujo de aire en el núcleo. En general, un ángulo 54 menos profundo dará como resultado una menor resistencia al flujo de aire con la penalización de una eficiencia de transferencia de calor reducida.

El ángulo de la ondulación 54 se puede fabricar relativamente poco profundo [casi llano], típicamente en el rango de 20 grados a 35 grados. Los ángulos poco profundos de ondulación reducen significativamente la resistencia al flujo de aire a través del núcleo en detrimento de la eficiencia de transferencia de calor. La eficiencia de la transferencia de calor se puede recuperar extendiendo la longitud total del núcleo. Se ha descubierto que dentro del rango de ángulos indicados en el presente documento, se puede lograr una combinación optimizada de resistencia reducida al flujo de aire y mayor longitud del núcleo para cada construcción, consistente con una eficiencia de transferencia de calor adecuada.

La figura 5 muestra el detalle de la construcción de los componentes descritos en la figura 4 para lograr los patrones y direcciones de flujo requeridos. Las cavidades individuales 88 se construyen a partir de dos láminas onduladas con membranas resistentes al vapor 44. Cada lámina ondulada 44 se coloca con la membrana resistente al vapor 42 frente a la membrana resistente al vapor de la lámina adyacente. Las láminas se sellan juntas en el sello superior 84 y el sello inferior 86, creando así una cavidad completo con todas las superficies internas revestidas con una membrana resistente al vapor 42. El sello superior 84 y el sello inferior 86 se pueden moldear o crear mediante métodos que incluyen remachado, adhesivos, soldadura de plásticos o rellenos. Alternativamente, si la membrana resistente al vapor se crea a partir de una película de plástico adherida al medio humedecible 40, se puede crear uno de los sellos superior o inferior doblando una lámina de tamaño doble de combinación del medio y de la membrana.

Esta construcción da como resultado una cavidad revestida sellada a través de la cual puede fluir aire caliente y seco sin contacto físico con el medio humedecible en el pasaje 80.

La figura 6 muestra el apilamiento de varios de las cavidades 88 creadas en un núcleo enfriador indirecto 94. Cuando las cavidades sucesivas se colocan en apilamiento adyacentes entre sí, las superficies adyacentes del medio humedecible crean el pasaje húmedo 82. El aire que fluye a través del pasaje húmedo 82 no tiene contacto físico con el pasaje seco 80, pero el intercambio de calor entre los pasajes húmedo y seco y la evaporación dentro del pasaje húmedo pueden tener lugar fácilmente con la intensidad promovida por la construcción corrugada.

Los bolsillos adyacentes 88 necesitan tener los pasajes húmedos 82 separados de los pasajes secos 80 al final del núcleo a través del cual el aire seco y caliente ingresa al núcleo. Esto se logra sellando cavidades adyacentes en el lado del medio humedecible con una línea de sellado 90 creada mediante métodos similares a los sellados en la parte superior e inferior de las cavidades (84 y 86). Con esta construcción, el aire seco y caliente que ingresa desde 92 solo puede ingresar y fluir a través de las cavidades 88 revestidas con membranas resistentes al vapor 42, y debe atravesar completamente la cavidad hasta salir por el extremo opuesto 96.

La figura 7 muestra una disposición de acuerdo con otra realización de la presente invención para humedecer los medios humedecibles en los pasajes húmedos de manera segmentada.

La disposición de la figura 7 divide el núcleo 94 en una serie de segmentos 62 (que se muestran como cinco segmentos en la figura 7, pero podría usarse una cantidad mayor o menor de segmentos). Cada segmento tiene su propio medio de bombeo 60, su propio depósito de agua 66 y su propio sistema de distribución de agua 68. El segmento 62 del núcleo 94 con su construcción corrugada, tiende a pasar agua desde el distribuidor de agua 68, a través del núcleo 94 al depósito del agua 66 con poca mezcla de agua de los segmentos adyacentes. Dado que, en funcionamiento, todos los segmentos hacen circular agua simultáneamente, cualquier tendencia del agua en circulación en un segmento a pasar a través de un segmento adyacente se equilibra aproximadamente con una tendencia igual y opuesta del agua que va a regresar desde ese segmento adyacente. Así, por cada segmento el agua circula con relativa independencia de cada uno de los segmentos adyacentes. Por lo tanto, la temperatura del agua circulante en cada uno de los segmentos puede ser diferente, lo que proporciona el gradiente de temperatura necesario para el rendimiento térmico del enfriador evaporativo indirecto y, por lo tanto, permite que la temperatura del aire suministrado se acerque al punto de condensación. Esta disposición para el suministro de agua al núcleo tiene varias ventajas sobre la técnica anterior, incluida la eliminación de la restricción sobre la altura del núcleo debido a la capacidad de absorción del medio humedecible; el flujo de agua excedente al requisito de evaporación elimina cualquier concentración de sal debido a la evaporación y la calidad del agua puede monitorearse fácilmente para determinar la concentración de sal y diluirse antes de que se alcancen las concentraciones críticas.

Esta disposición se aproximaría a la condición ideal de humectación de mecha si hubiera muchos segmentos. El rendimiento térmico se ve comprometido si hay muy pocos segmentos. En la práctica, se ha encontrado que dividir el núcleo en 4 a 6 segmentos proporciona un rendimiento térmico que se aproxima a un sistema de absorción con un núcleo considerablemente más robusto y duradero para aplicaciones prácticas.

En ejemplos prácticos, se ha encontrado que el agua que desciende por el núcleo no permanece en segmentos separados como en el caso ideal. En la práctica, existe cierta deriva de agua entre los segmentos que da como resultado la acumulación de agua en algunos depósitos de agua del segmento y una deficiencia de agua en otros segmentos. Esta dificultad práctica se supera mediante al suministrar un conducto de derivación 70 entre los depósitos, donde el conducto de derivación 70 está conectado a cada uno de los depósitos de agua del segmento a través de una abertura 72. Si surgiera el problema de exceso o deficiencia del agua que desciende a través del núcleo, las variaciones del nivel del agua en los depósitos 66 se igualarán a través del conducto 70 hasta que se establezca un estado estable de flujo entre los depósitos. Esta disposición también permite el llenado de agua en un solo depósito, al permitir que los niveles de agua se igualen nuevamente de acuerdo con los requisitos de estado estable de los segmentos individuales.

En una disposición alternativa de acuerdo con otra realización de la presente invención, el sistema de distribución de agua segmentado de la figura 7 se reemplaza con un único [individual] medio general uniforme de distribución de agua sobre todo el núcleo, un medio de bombeo de agua individual y un único sistema de depósito de agua en la parte inferior del núcleo 94. En esta realización, se aplica agua al núcleo de manera intermitente. La bomba de agua 60 individual se pone a funcionar durante un breve período de tiempo suficiente para humedecer uniformemente todas las superficies internas del núcleo y luego se apaga. El enfriador evaporativo indirecto continúa entonces en funcionamiento, enfriando por medio de la evaporación del agua contenida en sus superficies internas. Dado que no hay más flujo de agua a través de las superficies humedecidas del núcleo durante esta fase de operación, las superficies humedecidas se enfriarán a temperaturas similares a las temperaturas de un núcleo evaporativo indirecto humedecido por mecha como en la técnica anterior. Se cumplen los requisitos de gradiente térmico dentro de los pasajes humedecidos y el rendimiento térmico del núcleo no se degrada significativamente. La operación de humectación por medio de la bomba 60 se repite antes de que se sequen las superficies humedecidas del núcleo, lo que da como resultado cierta degradación del rendimiento térmico durante la fase de humectación. Por lo general, con la selección de materiales de medios humedecibles con una capacidad de retención de agua razonable, el núcleo se puede humedecer en 30 a 60 segundos y el enfriador indirecto funciona sin humedecer más durante 15 a 20 minutos sin que las superficies humedecidas en el núcleo se sequen significativamente.

La figura 8 muestra el núcleo completo 94 con el sistema de distribución de agua 68 y el sistema de flujo de aire 104 en su lugar. Cada distribuidor de agua está ubicado dentro de un espacio 101 que se mantiene separado del espacio del distribuidor de agua de los segmentos adyacentes por medio de barreras 100. Los espacios sellados 101 y las barreras 100 son necesarias para evitar que el flujo de aire salga de los conductos húmedos del núcleo, provocando así que aire en los conductos húmedos se desplace todo el trayecto a lo largo de los pasajes húmedos. Es necesario un sistema de sellado similar para separar el depósito de agua 66 de los depósitos de agua adyacentes. Cada depósito de agua 66 está sellado al núcleo mediante barreras 102, evitando así que el aire salga de los conductos húmedos a través de los depósitos de agua.

Inmediatamente después del extremo de entrada del núcleo, el espacio de pasaje húmedo se deja abierto en 106. La abertura 106 permite que el aire caliente, ahora ya húmedo, que fluye en los pasajes húmedos salga del núcleo 94. En la realización preferida, una abertura de escape 106 se proporciona tanto en la parte superior como en la inferior del núcleo, aunque en la figura 8 solo se muestra la abertura superior. Sin embargo, si el proveer de la abertura 106 en la parte inferior del núcleo es impracticable, todavía se puede lograr un rendimiento satisfactorio solo con la abertura 106 en la parte superior con cierta degradación del rendimiento térmico.

La proporción de aire suministrado a aire de escape se ajusta por medio de una restricción de flujo 108 en la corriente de aire suministrado. Al cerrar la restricción de flujo 108 aumenta la presión en la cámara 109 en el extremo de suministro [entrega] del núcleo 94, aumentando así el flujo de aire de regreso a través de los conductos de aire húmedo.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Método para efectuar el intercambio de calor entre flujos de aire en contracorriente en un intercambiador de calor por evaporación, el intercambiador de calor incluye un núcleo de intercambio de calor (94) que comprende una pluralidad de pasajes secos y húmedos alternos (52, 82; 50, 80), cada pasaje comprende superficies onduladas opuestas (44) , las superficies onduladas opuestas de cada pasaje húmedo (52, 82) incluyen un material humedecible con agua (40) adaptado para retener agua y transferir vapor de agua desde el material humedecible (40) al aire que fluye a lo largo de cada pasaje húmedo respectivo (52, 82);

las superficies corrugadas de cada pasaje seco (50, 80) son resistentes al vapor y se enfrían a medida que el vapor de agua se transfiere del material humedecible (40) al aire que fluye a lo largo de cada pasaje húmedo adyacente (52, 82), y hace que una parte del flujo de aire salga de los pasajes secos (50, 80) para que sea devuelto a los pasajes húmedos (52, 82) en contracorriente al flujo de aire en los pasajes secos (50, 80), en donde

las ondulaciones de las superficies onduladas opuestas (44) están en ángulos de intersección (54) y comprenden dirigir los flujos de aire en contracorriente en los pasajes húmedo y seco (52, 82; 50, 80) en una dirección sustancialmente horizontal, suministrar agua desde arriba del núcleo (94) al material humedecible (40) de los pasajes húmedos (52, 82) en un patrón de flujo descendente y evitar que el agua entre y descienda por los pasajes secos (50, 80).

2. Método para efectuar el intercambio de calor según la reivindicación 1, que comprende además las etapas de suministrar agua a los conductos húmedos (52, 82) sobre una pluralidad de segmentos (62) desde un extremo de entrada de aire hasta un extremo de salida de aire del núcleo ( 94) durante el funcionamiento del intercambiador de calor y la circulación de agua a través de cada segmento (62) de forma relativamente separada de los segmentos adyacentes (62) de modo que se establezca un gradiente de temperatura apropiada desde un extremo de entrada de aire hasta un extremo de salida de aire del núcleo (94) al mantener diferentes temperaturas del agua circulante en cada segmento (62).

3. Método según la reivindicación 1, que incluye el suministro de agua a los pasajes húmedos (52, 82) en un patrón de flujo descendente intermitente y generalmente uniforme a lo largo de todo el núcleo (94) y la aplicación repetida de agua a los pasajes húmedos (52, 82) del núcleo (94) antes de que el material humedecible (40) se haya secado.

4. Método según la reivindicación 2 ó 3, que incluye la aplicación periódica de flujos de agua, excedentes de los requisitos para la evaporación, a los pasajes húmedos (52, 82) para eliminar cualquier concentración de sal en los pasajes húmedos (52, 82).

5. Intercambiador de calor por evaporación adaptado para funcionar en flujo de aire a contracorriente, el intercambiador de calor tiene un núcleo de intercambio de calor (94) que comprende una pluralidad de pasajes húmedos y secos alternos (52, 82; 50, 80), cada pasaje comprende superficies onduladas opuestas, las superficies onduladas opuestas de cada pasaje húmedo (52, 82) incluyen un material humedecible con agua (40) adaptado para retener agua y transferir vapor de agua desde el material humedecible (40) al aire que fluye a lo largo de cada pasaje húmedo respectivo (52, 82);

las superficies onduladas de cada pasaje seco son resistentes al vapor y están adaptadas para enfriarse a medida que el vapor de agua se transfiere desde el material humedecible (40) al aire que fluye a lo largo de cada pasaje húmedo adyacente (52, 82), y medios para dirigir una parte del flujo de aire que sale de los conductos secos (50, 80) para convertirse en flujo de aire en los conductos húmedos (52, 82), en el que las ondulaciones de las superficies onduladas opuestas (44) están en ángulos de intersección, y en el que, en uso, la dirección del flujo de aire en contracorriente es sustancialmente horizontal en los pasajes húmedo y seco (52, 82; 50, 80) e incluye medios para suministrar agua (60, 66, 68, 70, 72) desde arriba del núcleo (94) al material humedecible (40) de los pasajes húmedos (52, 82) en un patrón de flujo descendente y medios para evitar que el agua entre y descienda por los pasajes secos (50, 80).

6. Intercambiador de calor por evaporación según la reivindicación 5, en el que los medios para suministrar agua (60, 66, 68, 70, 72) comprenden un sistema de distribución de agua que incluye una pluralidad de distribuidores de agua (68) para los conductos húmedos (52, 82), loa distribuidores de agua (68) están colocados por encima del núcleo (94) y dispuestos en una relación paralela espaciada transversalmente al núcleo (94) con respecto a la dirección del flujo de aire a través del núcleo (94), cada distribuidor de agua (68) está ubicado dentro un espacio respectivo (101) por encima del núcleo (94) separado de los espacios adyacentes del distribuidor de agua (68), cada distribuidor de agua (68) se alimenta desde un depósito respectivo (66), y en el que los medios para dirigir una parte del flujo de aire incluyen medios de restricción de flujo en una salida de flujo de aire de los pasajes secos (50, 80).

7. Intercambiador de calor por evaporación según la reivindicación 6, que incluye medios de bombeo respectivos (60) asociados con cada depósito (66) para suministrar agua a cada distribuidor de agua respectivo (68).

8. Intercambiador de calor por evaporación según la reivindicación 5, 6 ó 7, en el que los depósitos de agua (66) están cada uno conectados a un conducto de agua común (70, 72) de manera que se permite que los niveles de agua en los depósitos (66) alcancen un nivel de equilibrio.

9. Intercambiador de calor por evaporación según la reivindicación 1, en el que los medios para suministrar agua incluyen medios de bombeo individuales (60) para suministrar agua periódicamente a un distribuidor de agua por encima del núcleo (94) desde un depósito.