ES2381236A1 - Elemento de calefacción. - Google Patents
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Abstract
Elemento de calefacción modular (fig. 1B) que permite aunar, frente a otros productos existentes (fig. 1A), las ventajas y posibilidades caloríficas conocidas de la radiación, convección natural y convección forzada que permitirá obtener, potencias y rendimientos superiores incluido el aprovechamiento efectivo y seguro del confort calorífico que proporciona la radiación de superficies a temperaturas entre 80° - 140°.El elemento de calefacción conjuga al mismo tiempo una constructiva de un cuerpo central extruido portante de las canalizaciones de fluido calefactor y superficies planas previstas para recibir aletas por pegado u otro sistema, una utilización eficiente de la radiación del cuerpo central con una capa radiante del lado del habitáculo a temperatura próxima a la del fluido calefactor y más alta que la superficie exterior, una protección frente al riesgo de contacto directo con las partes más calientes para el usuario que a su vez se encuentra perforada para permitir el paso de la radiación emitida, un concepto con tubos longitudinales de fabricación en aluminio u otro producto extruido (precio y peso bajo) con posibilidad de adaptarse el diseño/gusto del cliente con poca inversión, capacidad alta en dimensiones pequeñas.La flexibilidad para trabajar también con o sin ventiladores integrados en las dimensiones principales permiten a este producto obtener elevadas potencias caloríficas y conseguir siempre el denominado principio de confort térmico expresado como "pies calientes y cabeza fría" deseable en este tipo de productos.
Description
Elemento de calefacción.
El sector de la técnica al que pertenece la
presente invención es el de los sistemas de calefacción constituidos
con elementos de idéntica sección montados en la parte baja de la
pared, y una longitud variable en relación de la longitud disponible
para su colocación, y que pueden ser incorporados en un rango amplio
de habitáculos a acondicionar sin apenas variación, desde edificios
hasta medios de locomoción.
El elemento de calefacción objeto de la presente
solicitud proporciona un ambiente confortable produciendo el calor a
nivel del suelo y consiguiendo la combinación de calor por
radiación, convección y convección forzada más adecuada en cada
momento y según sea requerido, permitiendo el aprovechamiento
efectivo de la radiación obtenida a temperaturas altas a la vez que
el usuario queda protegido del contacto directo con dicho cuerpo
radiante. El sistema tiene gran capacidad de adaptación a las
condiciones ambiente así como una posible configuración variable del
sistema completo. Además puede trabajar en distintas ubicaciones con
la misma unidad base, incluso siendo aquellas muy diversas.
Es un producto fácil de fabricar y producir
cerca del lugar a ser empleado que mantiene un diseño sencillo y
unos sistemas de fijación y unión rápidos y cómodos con posibilidad
de ser personalizado según el lugar en el que vaya a ser
instalado.
Los elementos de calefacción, instalados en la
parte baja de la pared son bien conocidos.
Existe a menudo una confusión terminológica en
este sector de la técnica que lleva en muchas ocasiones a encontrar
nombrados o denominados como radiador o elemento radiante a
cualquier elemento calefactor a pesar de que el calor producido no
se transmita mediante el fenómeno físico de radiación propiamente
dicha sino mediante otros tipos de modos de generación o transmisión
del calor como por ejemplo los puramente convectivos (transmisión de
calor entre un cuerpo caliente y un fluido en contacto con el
primero, normalmente el aire que toma el calor del primero
transportándolo consigo).
La radiación por el contrario es emitida por un
cuerpo adecuado a temperatura dada recibiéndose en el punto de
destino o receptor sin que sea necesario que exista medio fluido
alguno entre ambos cuerpos. La radiación puede combinarse con otros
tipos de medios de generación de calor como la convección para
obtener un producto de características conjuntas mejoradas siempre y
cuando se les permita coexistir de manera eficaz y segura
permitiendo el paso al calor generado por ambos medios para que éste
llegue al usuario final.
Hay que diferenciar entre el elemento o medio
calefactor (una resistencia caliente, un tubo de cuarzo, un conducto
con fluido caliente en su interior tal como agua, aceite, etc.) que
genera o de donde se obtiene el calor que el elemento calefactor
transmitirá al habitáculo, del medio fluido usado para transmitir o
hacer llegar al usuario o receptor final parte de dicho calor (el
aire circulante normalmente cuando se habla de convección).
A continuación se van a describir los
antecedentes conocidos en el mismo ámbito de aplicación del producto
objeto de la presente solicitud poniendo en relieve las diferencias
de la propuesta actual frente a los antecedentes descritos.
Algunos productos e invenciones existentes
describen o proponen perfiles de aluminio extruido para generar
calor por radiación pero dicho perfil está accesible al usuario y
por tanto están presentes los riesgos de quemaduras por contacto
directo, a la vez que la mayoría de los sistemas propuestos no
permiten simultanear eficazmente a elevadas potencias los diferentes
medios de transmisión del calor tales como convección natural o
forzada a diferencia de la solicitud actual que con la coexistencia
de su sistema de aletas intercambiables en anchura y paso permiten
modificar la potencia térmica emitida por dichos modos de
transmisión de calor.
Por su parte otros productos intentan aumentar
la convección natural del elemento calefactor con la utilización de
perfiles extraídos en ciertos casos complejos que permiten el paso
de aire en dirección vertical por su interior. Dichos perfiles
extruidos son utilizados por tanto en disposición vertical y como
sustitutos de aletas de chapa, no teniendo nada que ver con el
perfil extruido para disposición horizontal central con capacidad
radiante planteado en esta invención. En dichos modelos existentes
por tanto la capacidad calorífica por radiación, normalmente escasa
suele estar anulada al estar el foco de calor (tubería) más lejos
del perfil frontal (caso de existir) y estar la radiación
obstaculizada por la última capa del perfil. De igual forma el
planteamiento descrito limita la potencia emitida por convección
natural ya que la superficie de pared interior es muy inferior a la
que se propone en la presente solicitud. Finalmente la complejidad
de la geometría de esos perfiles hace de ellos elementos caros de
manufacturar y difíciles de manipular.
En otros casos, otras invenciones utilizan
también otros perfiles extruido para generar un elemento calefactor
pero con mermadas capacidades de emisión de calor por convección al
tener en estos casos todos los pasos de aire vertical cortados. Se
plantea a veces el concepto de un protector para el perfil de
aluminio pero a diferencia de la presente solicitud el rendimiento
del elemento calefactor queda con una potencia total efectiva muy
reducida al no disponer el calefactor de medios para poder contar
con convección adicional y estar la radiación altamente mermada o
anulada por perfiles protectores colocados que no disponen de
orificios de salida para la radiación.
Se pueden también encontrar referencias a otros
sistemas donde el perfil frontal, destinado exclusivamente a
canalizar el flujo forzado de aire cuando este existe no tiene
tampoco orificios que permitan utilizar y emitir al exterior la
radiación generada en la zona central del calefactor. El uso de
ventiladores en este caso presenta marcados inconvenientes como el
de no integrar los mismos dentro del espacio contenido dentro del
perfil frontal, siendo necesario por tanto una modificación o
ampliación de dicho perfil en esos lugares y también mayores
complicaciones constructivas, de montaje y de espacio. Asimismo la
capacidad calorífica por convección estaría limitada por la escasa
superficie caliente conseguida en contacto con el flujo de aire en
circulación.
Otros por su parte plantean placas o perfiles de
aluminio unidos por contacto puntual a unos tubos de cobre portantes
del fluido calefactor destinados a la confección de suelos o techos
radiantes por ejemplo. Estos elementos de calefacción también
presentan el inconveniente frente a la invención objeto de esta
solicitud de contar con la propia caída térmica fruto del escaso
contacto puntual de los tubos portantes del fluido con el perfil
radiante de aluminio que hace que la distribución de la temperatura
y la siguiente emisión calorífica y rendimiento se vean altamente
mermados.
Llegados este punto es importante terminar
resaltando por tanto que las invenciones anteriormente descritas no
resuelven satisfactoriamente el problema de combinar en un mismo
producto potencia, economía y confort, al no conjugar los diferentes
tipos de transmisión de calor (radiación, convección natural y
convección forzada) a unos niveles elevados a la vez que obvian en
su mayoría la protección del usuario (pasajero, habitante) frente al
contacto con las altas temperaturas del perfil radiante. Del
análisis de las conclusiones individuales para cada antecedente se
extrae que en ninguna de ellas se describe un sistema económico que
permita obtener altos índices de potencia por convección que
complementen los grados térmicos de "confort" generados por la
radiación del perfil central. El sistema presentado en esta
invención conjuga varios elementos, todos ellos de sencilla
fabricación y montaje que permite obtener un aparato calefactor
económico y de altas prestaciones.
Una clara característica complementaria de esta
invención frente a las anteriores citadas es la versatilidad de
configuraciones posibles combinando elementos modulares como el paso
de las aletas, longitud de los tramos o uso o no de ventiladores,
regulación independiente por tramos y la fácil adaptación del
proceso de fabricación a distintas configuraciones de soportes de
sujeción (paredes con ángulo, de acceso difícil, anclaje horizontal
o vertical) manteniendo los mismos elementos principales.
No hay que olvidar a este respecto que el grado
de confort y satisfacción del usuario de un aparato calefactor de
este tipo estriba en el adecuado reparto del calor a lo largo de su
cuerpo.
Calentar un habitáculo puede lograrse de
diferentes modos. Los medios conocidos y pertenecientes al estado
actual de la técnica se basan principalmente en uno o varios de
estos elementos combinados entre sí: radiadores de pared clásicos
abastecidos con agua u otro fluido calefactor caliente y una
constructiva y diseño con capacidad radiante, elementos de radiación
en el techo (techo radiante) alimentados con vapor u otra sustancia
a alta temperatura, sistemas centralizados de calefacción por ciclo
frigorífico invertido, convectores en suelo o en pared, suelos
calentados por serpentines de agua caliente o resistencias
eléctricas (suelos radiantes), unidades de aire acondicionado y
bomba de calor trabajando con aire del exterior y/o aire recirculado
del interior, y por último, calefactores eléctricos que usan como
medio calefactor resistencias eléctricas, tubos de cuarzo o lámparas
de infrarrojos.
Debido a que el aire caliente se eleva a lo más
alto dentro de un recinto y el aire frío baja casi todos los
sistemas que no incluyen ventilación forzada tienen tendencia a
tener un gradiente de temperatura según la altura a la que nos
encontremos, estando siempre la parte superior más caliente. Además
ha de tenerse en cuenta que las superficies calientes activan la
convección natural ya que el aire en su proximidad se va calentando
lo que hace que su peso específico baje por la expansión haciendo
que suba. El aire caliente reemplaza al frío que en su trayectoria
también se calienta y de esta forma se activa una corriente
constante de aire frío que se va calentando y elevando a la parte
superior del elemento a calentar. Los usuarios perciben que se les
calienta antes la parte alta del cuerpo que las piernas y los pies.
El concepto de confort no existe. Se va calentando el habitáculo de
arriba a abajo aunque los calefactores se coloquen a la altura de
los pies.
Los radiadores clásicos que usan como medio
calefactor el agua caliente utilizados en aplicaciones domésticas
pueden tener más capacidad de convección que de radiación pero a
diferencia de los convectores puros se caracterizan por el calor
emitido por radiación compensando las superficies frías cercanas
como las de las ventanas.
Empleando ventiladores se eleva el flujo de aire
sobre las superficies calientes lo que hace posible controlar la
capacidad de calentamiento regulando la velocidad de los mismos y
así se permite que el aire caliente se dirija a las direcciones
deseadas.
Un concepto importante a tener en cuenta a la
hora de calentar un habitáculo como se ha mencionado es el confort.
La percepción del confort está negativamente influenciada por varios
factores, entre ellos están los siguientes: corriente de aire al
nivel de los tobillos y el cuello, sensación de calor más elevada en
la cabeza que en los pies, superficie del suelo fría, calor emitido
asimétricamente desde las superficies que nos rodean y en general
temperaturas calientes en los niveles altos mientras que los bajos
permaneces más fríos. Por ello a menudo se habla de confort en la
estación fría, cuando se tienen "los pies calientes y la cabeza
fría".
La calefacción por suelo radiante es una de las
posibles soluciones para alcanzar el confort. Una superficie de
suelo relativamente caliente hace que la gente se sienta más
confortable. Así el resultado es, pies calientes por el suelo
radiante y cabeza más fría por la temperatura menor que hay en las
zonas altas.
Otra forma de producir ese calor que hace
sentirse más cómodo, es proporcionar grandes superficies que emitan
calor por radiación en las zonas bajas de la habitación. Este método
puede complementarse con otros, por ejemplo con convección forzada
que ayude a conseguir el calor necesario ante bajas temperaturas
exteriores. El aire caliente de la convección forzada se reparte de
preferencia a nivel del suelo para conseguir el principio de confort
de pies calientes y cabeza fría.
El uso de elementos de calefacción largos, a
nivel del suelo, como los típicos radiadores pero de un diseño menos
alto, pero más largo, hace que aumente la superficie de suelo
caliente y también más superficie de pared caliente por el flujo de
aire que sube desde el elemento de calefacción. En esto se basa la
solución al problema planteado que propone esta invención.
Además, se conoce el uso de perfiles extruidos
para los elementos de calefacción y hay variantes que quedan
cubiertas como se menciona en el estado de la técnica.
Las ventajas de este tipo de perfiles es que son
fáciles de fabricar y puede obtenerse el producto final con pocas
piezas.
En cuanto al riesgo de quemaduras, en algunas
invenciones tales como las citadas anteriormente en el estado de la
técnica, la superficie frontal es parte del conducto que conduce el
fluido calefactor lo que hace a esta superficie calentarse casi a la
misma temperatura que el fluido portante. Cuando este fluido va
relativamente caliente aumenta el riesgo de quemaduras en la piel
para las personas que puedan entrar en contacto con dichas
superficies, más aún para permanencias largas de tiempo cerca de
estos elementos entre otros riesgos (p.e. posibilidad de deformación
de materiales cercanos, generación de olores al contacto con ciertos
materiales.) Temperaturas de superficie superiores a 60ºC son
especialmente peligrosas y deben ser evitadas, aunque como es bien
sabido en numerosas aplicaciones el fluido portante fluye a
temperaturas superiores a esa temperatura límite, en superficies
expuestas al contacto con los ocupantes del habitáculo. Los motores
refrigerados por agua portan temperaturas medias del agua entre los
80ºC y los 95ºC, pudiendo llegar hasta los 105ºC y más, y los
motores refrigerados por aceite portan el fluido a temperaturas de
hasta 130ºC y superiores. El vapor se emplea en un rango entre los
100 y los 135ºC o incluso superiores. La temperatura del fluido de
calefacción procedente de los procesos industriales de plantas de
generación puede variar entre los 70 y los 140ºC o más. Se obtendría
un calor radiante más elevado cuando la superficie radiante
estuviese lo más cercana posible a la temperatura del fluido
portante y así se podría aprovechar ese "calor" del fluido
portante, pero la superficie en contacto con los ocupantes debe
vigilarse con miras a no elevar el riesgo de quemaduras, de posibles
accidentes derivados de reacciones reflejas al entrar en contacto
con las superficies calientes y los otros inconvenientes citados en
el párrafo anterior. Debe tenerse en cuenta que los sistemas de
calefacción que emplean líquidos o gases transportados a altas
temperaturas podrían causar daño a los ocupantes si se pusieran en
contacto con las superficies portantes. Estas temperaturas elevadas
son las más habituales en muchos sectores de actividad (automoción,
industrial,...). Sólo en uso doméstico el fluido suele circular a
baja temperatura (35ºC-65ºC). Otra ventaja de la
presente invención que utiliza conductos de aluminio, aleación de
aluminio u otros materiales es la posibilidad de poder seguir
utilizando al igual que sucede con otros aparatos existentes, sin
más que adecuar el dimensionado de los espesores y diámetros de las
conducciones y uniones, diferentes fluidos caloríficos como pueden
ser entre otros agua caliente de una caldera, líquido refrigerante
de los motores (agua o aceite), energía liberada de las plantas
industriales o de plantas de cogeneración de energía. Así pues el
medio de transporte puede ser vapor, aceite, agua u otro líquido o
sustancia gaseosa.
Con la exposición anterior y el estado del arte,
el planteamiento es cómo poder desarrollar un elemento calefactor de
altas potencias efectivas que posea la propiedad de emitir calor
radiante confortable a la zona baja próxima al piso y permita al
usuario tener los pies calientes y piso seco a la vez que este
último no corra el riesgo de quemaduras por el contacto directo.
Riesgo inexorablemente presente en habitáculos o estancias con gran
afluencia o aglomeración de gente, o en otros con ubicación
preasignada de los pasajeros próximos a dichos elementos donde el
espacio no permite otras configuraciones (trenes, autocares,
etc).
Una vez desarrollado el problema técnico
planteado, la solución obtenida por esta invención consiste en
elementos de calefacción extraídos de perfil alargado pensados para
disposición horizontal y peso reducido. Empleándolos a nivel del
suelo hace que el calor emitido se lo más cercano al calor
"confortable" del que hablábamos anteriormente y además que
sean adecuados para paredes largas y lisas. Las características
diferenciadoras de este elemento calefactor le permiten obtener y
mejorar las condiciones de confort habitualmente obtenidas con otros
calefactores sin radiación a 20º-22º de temperatura interior del
habitáculo con sólo 18º-20º grados, que repercute en un mayor
aprovechamiento de la energía, mayores rendimientos y menores
pérdidas por transmisión y ventilación. El aprovechamiento eficaz de
la radiación también permite contrarrestar el efecto negativo en el
confort de ventanas o cerramientos acristalados cercanos.
Dado su pequeño tamaño en altura y profundidad
resultan muy favorables para aprovechar el espacio ya que no
sobresalen o sobresalen apenas de la superficie en la que se
instalan. En el caso de uso en partes bajas del baño, el calefactor
no sobresale y mantiene dicho espacio libre para los pies.
La inclusión de los conductos de fluido en el
propio perfil central disminuye los costes de fabricación e
instalación de los sistemas de conducción y optimiza el
aprovechamiento de la energía.
En la mayoría de los casos el fluido a emplear
será agua, sin limitación a otros tipos de fluidos como se ha
mencionado anteriormente. La elección de uno u otro fluido térmico
en este sistema y el problema de las temperaturas de trabajo se ve
amparado en esta invención por el perfil de protección existente en
el producto que permite proteger al usuario a la vez que se eligen
los parámetros de trabajo más óptimos para el funcionamiento del
equipo.
El objeto de la invención es proporcionar medios
de calefacción de aquellos que estando empotrados a la pared hacen
alcanzar el confort óptimo basándose en un fluido calefactor que no
quedando en contacto cercano con los ocupantes impide las quemaduras
en la piel y otros daños personales.
El elemento de calefacción de acuerdo con la
presente invención es el resultado de la obtención de una alta
cantidad de calor por radiación directa e indirecta en la parte baja
del habitáculo. En este aspecto el elemento de calefacción que nos
ocupa se diferencia de los productos existentes por su superficie
radiante de alta temperatura protegida por una cobertura frontal
integrada. La parte frontal se fabrica de preferencia del mismo
material que la parte conductora del fluido calefactor siendo
también un perfil obtenido por extrusión. Esta parte frontal no
tiene no obstante que ser forzosamente del mismo material tan
conductora del calor porque es en principio una protección contra el
contacto directo. Se puede fabricar por tanto igualmente en plástico
extruido, piezas termo formadas o en chapa doblada. La pieza frontal
estará siempre perforada para dejar pasar el calor generado por
radiación en el perfil central.
El elemento de calefacción consiste en
diferentes realizaciones con el mismo contorno exterior delgado y
basado en la misma parte central.
La realización puede depender entre otros de la
capacidad de calor requerida localmente en función del espacio
disponible, de los requerimientos de trabajo en distintas zonas
empleando en algunos casos ventiladores por ejemplo, etc.
Como ya se ha indicado este elemento de
calefacción también permite adaptar o complementar la potencia
calorífica efectiva total del aparato en función de la carga térmica
generada por convección (uso de aletas de geometría variable) o por
convección forzada (uso de ventiladores perfectamente integrados con
regulación de velocidad variable) que confiere a esta invención una
potencia efectiva total de valores por encima de los requisitos de
mercado más exigentes a diferencia de otras patentes existentes que
no resuelven satisfactoriamente dicha convivencia de modos de
generación de calor.
La concepción y diseño de la presente invención
permite la fácil incorporación de elementos auxiliares como
resistores eléctricos, o circuitos eléctricos impresos sobre el
perfil central, que permitan calentar los fluidos involucrados
(fluido calefactor o aire) y mejorar la potencia y rendimientos por
radiación y convección del equipo y permite también otros elementos
como bandas de iluminación o tendidos eléctricos o de datos.
Los principales aspectos de la invención son los
siguientes:
Calor por radiación optimizado: máximo calor
emitido por radiación desde una superficie a la temperatura máxima
disponible mediante la concepción y disposición de una capa radiante
en el cuerpo central.
Es bien conocido en la teoría y de tablas
publicadas que la capacidad o potencia calorífica por radiación
aumenta más que linealmente con la diferencia de la temperatura
radiante (calefactor) y la temperatura de la superficie receptora de
la radiación (personas ocupando el espacio, paredes, piso y techo).
Para optimizar la potencia calorífica por radiación, hay que tener
las superficies radiantes a la temperatura más alta posible. Ventaja
indirecta es que la temperatura de las superficies receptoras de la
radiación se calientan más que sin su presencia. Con los elementos
radiantes cerca del suelo, parte del suelo en proximidad de los
radiadores se calienta, resultando en otro incremento de
confort.
La fracción de calor suministrado por radiación
es a menudo mucho más baja de lo normalmente esperado. Sin embargo,
el confort del calor generado por radiación a nivel del suelo es
superior que el que es posible obtener por convección a ese nivel
debido al efecto ascendente del valor generado por convección.
Comparado con la convección natural, el calor obtenido por radiación
tiene las ventajas:
- -
- Menor corriente de aire en movimiento a nivel de los pies.
- -
- Mayores temperaturas de superficie a nivel del suelo. El calor radiado a los pies y a la zona baja del habitáculo eleva la temperatura del aire del interior a la de confort. Se favorece el secado del suelo alrededor de los radiadores en invierno o condiciones húmedas, hecho positivo en lugares con gran aglomeración y tránsito de gente como puede ser el caso de trenes ó autobuses. Se mantiene el principio de confort térmico de pies calientes y cabeza fría.
- -
- Permite obtener y mejorar las condiciones de confort habitualmente obtenidas con otros calefactores sin radiación a 20º-22º de temperatura interior del habitáculo con sólo 18º-20º grados, que repercute en un mayor aprovechamiento de la energía, mayores rendimientos y menores pérdidas por transmisión y ventilación. El aprovechamiento eficaz de la radiación también permite contrarrestar el efecto negativo en el confort de ventanas o cerramientos acristalados cercanos.
Calor por convección, aumentando la potencia del
calefactor en las mismas dimensiones exteriores por medio de la
instalación de aletas: las aletas en contacto con la parte central
del elemento de calefacción aumentan la superficie calentada.
Proporcionando orificios en la parte alta y baja se consigue que el
aire fluya sobre las aletas y así produce calor extra por
convección. El elemento básico sin aletas produce también parte del
calor por convección aunque menor cantidad que con ellas.
Aumento local de la potencia por la instalación
de ventiladores: en localizaciones específicas pueden instalarse
ventiladores y medios extra para el intercambio de calor. Esto
proporciona una capacidad variable en función del funcionamiento de
los ventiladores. De esta forma, con el uso del mismo fluido
calefactor suministrado sobre toda la longitud del elemento se
consigue incrementar la capacidad según los requisitos locales.
Además el aire puede dirigirse a los lugares deseados por medio de
los ventiladores. La aplicación de ventiladores solo limita la
capacidad radiante en pequeñas áreas pero esa disminución queda
compensada largamente por la convección forzada con distribución de
aire en la parte baja del habitáculo.
Como primera ventaja se debe señalar que el
objeto a patentar es un elemento de calefacción continuo y largo lo
que es muy adecuado para su fabricación por extrusión, tanto que
puede incluir todo o parte de las líneas de suministro como las de
retorno del fluido calefactor. La extrusión es un procedimiento de
fabricación sencillo y bien conocido que permite obtener elementos
largos con perfil constante, es decir sin variación en sus
dimensiones trasversales en toda su longitud. Además esta
configuración permite una adecuada instalación en hospitales,
edificios de oficinas y otros lugares donde los elementos puedan
instalarse a lo largo de las paredes.
En cuanto al material a emplear, se destaca
también que el elemento de calefacción que nos ocupa está hecho de
aluminio lo que permite en muchas aplicaciones combinar la función
de tubería de alimentación y retorno con la función de elemento
radiante, convectivo y convectivo forzado con dimensiones reducidas
y con un peso de material muy bajo lo que supone un coste de
material muy reducido. Por ello el producto es interesante para
automóviles, barcos, y otras aplicaciones dónde el peso es altamente
importante en las especificaciones del producto.
La combinación de materiales y orificios es tal
que permite que el calor se propague óptimamente entre el perfil
central y el frontal por radiación del primero y absorción del
segundo, y no por conducción entre ambos, y que a su vez permita una
radiación óptima al exterior a través de los orificios frontales
llegando de forma efectiva al ocupante del habitáculo y manteniendo
en todo momento una superficie frontal exterior templada pero no
demasiado caliente que evite los riesgos asociados al contacto
directo.
Otra ventaja importante es la posibilidad de
variar la potencia sin necesidad de variar el aspecto exterior del
producto. La combinación de radiación continua con aplicación de
aletas para incrementar el proceso de convección y ventiladores para
provocar convección forzada para reforzar localmente la capacidad,
permite que el aspecto exterior del elemento de calefacción descrito
sea idéntico para todas las aplicaciones posibles,
independientemente de la capacidad necesaria en cada una de
ellas.
En cuanto al funcionamiento calorífico de la
instalación se puede citar como otra ventaja relevante la
posibilidad por optar por un control individualizado de cada zona
actuando sobre la velocidad del ventilador o ventiladores
(convección forzada).
Otra de las ventajas del objeto a patentar es la
facilidad de fabricación y el bajo coste de inversión. El uso de
perfiles extruidos conlleva un bajo coste y la facilidad de
mecanización de los mismos permite obtener rápidamente los orificios
necesarios para la salida del aire y también adecuar dichos perfiles
al fluido portante y al necesario aislamiento de la parte central y
la parte frontal del elemento calefactor. Todo ello permite que este
objeto pueda ser fácilmente producido en las inmediaciones del lugar
dónde vaya a ser utilizado lo que reduciría a su vez los costes de
transporte, o bien realizar la fabricación en países con bajo coste
de producción. Además el uso de secciones extruidas con coste de
ejecución (fabricación) relativamente bajo permite un diseño y
estilo personalizados. Las dimensiones y la forma del elemento de
calefacción pueden ajustarse a los requerimientos del cliente en
función del espacio disponible y del aspecto general deseado.
El elemento de calefacción descrito permite la
instalación en su superficie exterior de equipos de
acondicionamiento tales como iluminación, cableado y enchufes para
equipos de audio y vídeo y conexiones de Internet o intranet, que
por su ubicación en la pared resulta cómodo y adecuado en todas las
aplicaciones posibles.
Por último el objeto de patente que nos ocupa
puede adaptarse en gran número de aplicaciones, entre ellas se
encuentran algunos ejemplos concretos donde el producto se comporta
con mayor eficiencia, por ejemplo:
- Edificios, viviendas, oficinas, tiendas etc., especialmente en pasillos y en las paredes que dan al exterior.
- Complejos industriales.
- En el sector transporte, furgonetas, caravanas, autobuses, trenes, barcos, etc.
Figura 1A, Vista de un elemento calefactor
clásico con indicación del circuito del flujo de aire habitual donde
las flechas oscuras indican el flujo caliente y las claras el flujo
frío.
Figura 1B, Vista del elemento de calefacción
objeto de la invención con indicación del circuito del flujo de aire
mejorado incorporando efecto de la radiación al piso bajo donde las
flechas oscuras indican el flujo caliente, las claras el flujo frío
y las ralladas la incidencia de la radiación.
Figura 2, Vista isométrica de un elemento básico
radiador-convector.
Figura 3, Vista isométrica del elemento
combinado con aletas para convección natural y posible aplicación en
cuartos de baño.
Figura 4, Vista isométrica del elemento
combinado con aletas para convección natural para otras aplicaciones
y con fijación al suelo por la parte inferior.
Figura 5, Vista general del elemento radiante
con inclusión de ventilador para convección forzada y con indicación
de los flujos de aire absorbiendo el calor de las aletas y
distribución de aire en zona baja del habitáculo.
Figura 6, Vista general del elemento radiante
con incorporación de resistores eléctricos como medio calefactor
adicional a los conductos calefactores situados en el interior del
mismo.
Figura 7, Vista general del elemento radiante
con incorporación en el perfil frontal de bandas de iluminación
continúas para iluminación el suelo.
Figura 8, Vista general del elemento radiante
con incorporación de líneas de suministro eléctrico y enchufes y
líneas de datos que permitan la conexión de equipos electrónicos
cerca de su ubicación.
El elemento de calefacción según la presente
invención necesita contener al menos, una parte central que incluya
al menos un conducto para el fluido conductor del calor. Esta parte
central tendrá por tratarse del mismo cuerpo directamente unida a
los conductos portantes del fluido calefactor una superficie
radiante con una cara frente al espacio habitado y parcialmente
expuesta a él para permitir que el calor por radiación sea emitido
desde la parte central hacia el espacio habitado. También debe
contener una parte frontal a menor temperatura que el cuerpo
radiante central provista de orificios que permitan que el calor por
radiación vaya de la parte central al interior del habitáculo al
mismo tiempo que protegerá a los ocupantes de posibles daños físicos
por contacto con el foco caliente que es la parte central que puede
alcanzar altas temperaturas (80º-140º) produciendo quemaduras o
actos reflejos entrañando peligro.
Según la figura 2, el elemento de calefacción
permitiría obtener en una sola pieza un
radiador-convector sin más que realizar en un único
perfil extruido las zonas central y frontal. La figura mantiene la
diferenciación no obstante de ambos perfiles. En esta figura se
puede ver el conducto (1) por el que discurre el fluido portante,
así como el nervio central radiante conductor del calor (2) y la
parte frontal (3). En esta configuración la parte central y la
cobertura frontal pueden estar o no realizados en la misma extrusión
de un material buen conductor y la disposición de los tubos
calculada para optimizar la distribución de temperatura a lo largo y
ancho del perfil y mantener dicha temperatura lo más elevada
posible. La parte frontal (3) lleva orificios para que pase a su
través el calor radiado. En la parte de atrás se observa el
aislamiento (4) sujeto a la pared. En los límites superior e
inferior del elemento se incluyen bordes (5) para sujetarlo a la
pared (8). El lado correspondiente a la radiación (6) de la parte
central queda situado frente al habitáculo (7) normalmente un poco
por encima del suelo (9).
Cuando se desea emplear aletas para convección
natural para aumentar la potencia calorífica, por ejemplo en baños,
cocinas, autobuses (figura 3), el elemento base incluye dos
conductos (1) para el fluido portante. En este caso se ha dejado
espacio libre para los pies dejando empotrado el elemento según se
observa. Las aletas (12) irán colocadas entre los dos conductos y
adheridas al mismo por pegamento de contacto térmico.
El perfil central está térmicamente muy aislado
del perfil frontal bien sea por tratarse de dos piezas diferentes en
cuyo caso la propia unión producirá una caída de la temperatura,
actuando como fusible o resistencia térmica, o la utilización de
diferentes materiales para el perfil central (mejor conductor) y el
frontal (peor conductor), bien sea porque tratándose de un perfil
único disponga de desahogos/orificios sobre el mismo que disminuyan
o limiten la difusión del calor por conducción entre ambos elementos
o zonas, garantizando que el perfil frontal se encuentre a menor
temperatura que el central y dentro de los márgenes de seguridad
frente a contactos directos de las personas.
En los casos donde sea difícil la fijación a la
pared tanto por las zonas superior y/o la inferior (figura 4) el
anclaje podrá realizarse directamente al suelo por soportes (13) y
piezas de unión rápida (14) incorporadas a tal efecto.
Si se quieren incluir ventiladores para la
convección forzada (figura 5) ha de incluirse de preferencia también
dos conductos (1) para el fluido así como el lado correspondiente a
la radiación (6) de la parte central situada frente al habitáculo
debe llevar aletas (11, 12) tanto en la parte frontal (11) como en
la parte trasera (12) para incrementar la superficie de intercambio,
estas aletas emiten calor por radiación aunque sea a una temperatura
mas baja que la temperatura del medio calefactor o de la parte
central extruída. El ventilador (10) se emplea para activar la
convección forzada. El aire entra al elemento calefactor a través de
las ventanas de la parte frontal dirigiéndose a través de las aletas
frontales (11) hacia el ventilador (10) que lo pasa a la parte
posterior del perfil central, continuando el aire su camino
atravesando las aletas traseras (12) cogiendo temperatura para salir
al exterior por los laterales en orientación horizontal u
optativamente con orientación diferente según deseo del cliente.
En aplicaciones específicas como habitaciones
estrechas, pasillos, automoción (caravanas, autobuses, trenes) etc,
son necesarias propiedades concretas, tales como una relación de
aspecto uniforme (lo que se logra por el empleo de perfiles
extraídos), el que puedan incluirse bandas de alumbrado (figura 7)
(16) que en ocasiones pueden alumbrar el suelo con mínimo coste
energético por ejemplo empleando LED acoplados al elemento de
calefacción. Las características del objeto descrito ampliamente en
esta memoria hacen que el sistema puede asimilarse a suelo radiante
en las proximidades del elemento de calefacción y que sobre él haya
una superficie de pared que radia calor indirectamente, todo ello
proporciona un calor confortable con sensación de calor en los pies
y frescor en la cabeza.
Para aplicaciones que lo requieran el elemento
permite fácilmente la incorporación de otros elementos auxiliares
como resistores eléctricos (figura 6) (15) para calentar los fluidos
involucrados (fluido calefactor o aire) mejorando el rendimiento y
prestaciones del equipo y otros elementos como tendidos eléctricos o
de datos (Figura 8) (17) sujetos a alojamientos en los perfiles (18)
permitiendo la colocación de tomas (19).
Otro modo de realización consistiría en hacer el
perfil frontal fácilmente desmontable para limpieza o inspección
mediante un sistema de clipado al perfil central como tipo diente de
sierra o similar y donde además el perfil central deberá incluir los
elementos de fijación al suelo o la pared en vez de llevarlos el
perfil frontal.
Claims (12)
1. Elemento de calefacción capaz de combinar,
ensamblados conjuntamente, en primer lugar un perfil radiante
extruido para generar radiación, en segundo lugar un segundo perfil
protector extruido y aislado mediante fusible térmico del anterior
para proteger de quemaduras en la piel del contacto con el primero y
a la vez capaz de permitir la transmisión de la radicación generada
por él y en tercer lugar de paquetes de aletas utilizadas para
generar calor por convección con uso conjunto destinado a calentar
habitáculos, cuyo medio calefactor o "generador" principal de
calor son fluidos conductores a alta temperatura (80º-140º), que
podrían producir quemaduras en la piel si no estuvieran bien
aislados, que produce calor por radiación y por convección,
caracterizado por tener una superficie central radiante
alargada, con 1, 2 ó más tubos longitudinales de disposición
horizontal por los que circula el fluido calefactor, y cubierto el
conjunto con un segundo perfil protector exterior perforado
frontalmente para permitir el paso, hacia el hacia el interior del
habitáculo y hacia el piso, del calor emitido por radiación y
convenientemente aislado térmicamente del perfil central lo cual le
permite encontrarse a "menor" temperatura que dicho perfil
radiante central, y que adicionalmente posee también los bien
conocidos orificios inferiores y superiores para permitir en este
caso el paso o tiro de aire en sentido vertical, necesario para que
el conjunto pueda también transmitir también simultáneamente calor
por convección con o sin aletas que incrementen la superficie
calentada en contacto con el aire que la rodea y favorecer así la
convección natural y la potencia calefactora.
2. Elemento de calefacción según reivindicación
1 caracterizado porque podrá albergar en el interior de su
contorno original, sin incrementar sus dimensiones exteriores y muy
significativamente su altura, uno o varios ventiladores y una
configuración adaptada de aletas o superficies de intercambio
directa o indirectamente conectadas a la parte central y dispuestas
de manera que la dirección del flujo del aire calentado se pueda
disponer según preferencia del cliente de manera a incrementar el
flujo de aire y también la potencia calefactora combinada del
conjunto cuando se conecten dichos ventiladores.
3. Elemento de calefacción según cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 2, e incorporando las características
descritas en dichas reivindicaciones donde la parte protectora
exterior y parte central están hechas conjuntamente de una sola
pieza extraída pero provista de un número suficiente de orificios en
hilera destinados a romper la conducción del calor entre la parte
central y la exterior protectora que impidan que esta última alcance
altas temperaturas y que a su vez siga permitiendo mediante la
funcionalidad de las perforaciones frontales descrita en las
reivindicaciones 1 a 2 que el calor radiado desde la parte central
sea emitido al interior del habitáculo y hacia el piso del
mismo.
4. Elemento de calefacción según cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 2, donde la parte frontal no es de material
extruido sino que es una rejilla fijada a la parte central emisora
del calor.
5. Elemento de calefacción según cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 3, donde la superficie en contacto con el
habitáculo está realizada en un material no conductor del calor tal
como el plástico u otros provista de orificios que impidan que la
superficie frontal alcance altas temperaturas y que a su vez permita
que el calor radiado desde la parte central sea emitido al interior
del habitáculo.
6. Elemento de calefacción según las
reivindicaciones anteriores, donde una de las partes frontal,
central o trasera está equipada con resistores eléctricos diseñados
para producir calor cuando se conectan de forma que calienten el
espacio por radiación y/o convección natural y/o forzada. Estos
resistores pueden estar adheridos a las extrusiones de aluminio o
pueden fijarse a ellos con medios mecánicos u otros. El resistor
eléctrico puede actuar también de calentador del agua cuando esta
circula entre diferentes elementos calefactores.
7. Elemento de calefacción según las
reivindicaciones anteriores, donde la cubierta frontal contiene
bandas de iluminación continuas para iluminar el suelo.
8. Elemento de calefacción según las
reivindicaciones anteriores, donde la parte central o cubierta
frontal contiene líneas de suministro eléctrico y enchufes y/o
líneas de datos que permitan a los ocupantes conectar sus equipos
electrónicos cerca de su ubicación.
9. Elemento de calefacción según las
reivindicaciones anteriores, en el que los conductos de transporte
del fluido conductor son de sección oval u elípticos.
10. Elemento de calefacción según las
reivindicaciones anteriores, en el que la fijación del producto se
realizará únicamente contra el suelo y cuya parte trasera por tanto
está adaptada y fabricada a semejanza de la frontal para que el
elemento pueda radiar y transmitir calor de igual forma hacia ambos
lados del mismo para su colocación por ejemplo dentro de estancias o
habitáculos con cerramientos acristalados y a cierta distancia de
los mismos.
11. Elemento de calefacción según las
reivindicaciones anteriores, cuya parte trasera está aislada
mediante paneles de fibras o materiales aislantes limitando así las
pérdidas de calor hacia dicho lado.
12. Elemento de calefacción según las
reivindicaciones anteriores, donde la superficie frontal es
instalada de forma que sea fácilmente desmontable para su limpieza
y/o inspección y la parte central contiene los elementos de
sujeción.
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