ES2385488T3

ES2385488T3 - Método para calentar agua dulce

Info

Publication number: ES2385488T3
Application number: ES05706492T
Authority: ES
Inventors: Gerald W. E. Van Decker; Colin M. Watts
Original assignee: Renewability Energy Inc
Current assignee: Renewability Energy Inc
Priority date: 2004-02-18
Filing date: 2005-02-18
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2025-02-18
Also published as: US20080017361A1; PT1723375E; CA2600265C; SI1723375T1; PL1723375T3; WO2005078369A1; CA2600265A1; DK1723375T3; EP1723375B1; ATE553347T1; HRP20120551T1; CA2600265F; US20130025836A1; US8251133B2; US20190212062A1; US7322404B2; RS52341B; US20050189094A1; EP1723375A4; EP1723375A1

Abstract

Un método para calentar agua dulce utilizando calor recuperado del agua residual, comprendiendo el método: prever un tubo central (102) para recibir el agua residual; prever una pluralidad de conductos (108) para recibir el agua dulce, siendo los conductos de la pluralidad enrollados helicoidalmente juntos en relación paralela a lo largo de al menos una parte de la longitud del tubo central (102), estando cada uno de la pluralidad de conductos (108) en contacto con el tubo central (102) para permitir la transferencia de calor entre ellos; hacer que el agua residual fluya través del tubo central (102) para hacer con ello que el calor procedente del agua residual sea transferido a la pluralidad de conductos (108) a través del tubo central (102); y hacer que el agua dulce fluya a través de la pluralidad de conductos (108) para calentar por ello el agua dulce.

Description

Metodo para calentar agua dulce

5 CAMPO DEL INVENTO

El presente invento se refiere en general a un metodo para calentar agua dulce utilizando calor procedente del agua residual o de desague. El documento EP-A-0513705 puede ser considerado como la tecnica anterior mas pr6xima ya que se refiere a tal metodo.

ANTECEDENTES DEL INVENTO

10 Los dispositivos intercambiadores de calor, o intercambiadores de calor, son dispositivos para transferir el calor de un medio a otro, tfpicamente de un fluido a otro o al entorno, sin permitir que los fluidos se mezclen. Algunos ejemplos son: radiadores de autom6vil, acondicionadores de aire, los cuales utilizan tanto un condensador como un evaporador; y radiadores de vapor y de agua caliente, que son utilizados para producir calor. El documento WO 99/24765 (Quantum Energy Systems PTY LTD) describe un intercambiador de calor para calentar agua que utiliza

15 una bomba de calor. El calor procedente de la condensaci6n de un lfquido refrigerante que circula a traves de un sistema de bomba de calor puede ser transferido al agua contenida en un dep6sito.

Con el fin de impedir la mezcla de los fluidos, o lfquidos, hay prevista una barrera entre los dos lfquidos o medios. Se utilizan muchos disefos de barreras de intercambiador de calor diferentes. En un disefo de "placa y bastidor", que es muy compacto, dos corrientes de lfquido pasan en lados opuestos de una o mas placas. La superficie de 20 transferencia de calor total puede ser incrementada aumentando el area de las placas y el numero de placas. En un disefo de "tubo y envolvente", una corriente de flujo de lfquido pasa a traves del tubo o tubos y la otra a traves del espacio restante dentro de una envolvente que rodea a los tubos. Un disefo de tubo y envolvente de subcategorfa especial serfa un disefo del tipo de serpentfn de inmersi6n, tal como un serpentfn de calentamiento en un dep6sito. Sin embargo, tanto los disefos de "placa y bastidor" como de "tubo y envolvente" son susceptibles

25 de obstruirse y atascarse. Estos inconvenientes son considerables cuando se tienen en consideraci6n aplicaciones relativas al tratamiento de agua residual.

Una aplicaci6n particular de intercambiadores de calor es en el area de la reclamaci6n o "recuperaci6n" de calor del agua residual. Hay muchos ejemplos de sistemas de agua residual tanto de "tubo y envolvente" como de "placa y bastidor". Sin embargo, muchos de estos sistemas requieren a menudo un filtro, debido a que son susceptibles

30 de atascarse y/u obstruirse debido a la naturaleza de su disefo. Tambien, ademas del propio intercambiador de calor, es a menudo necesario tener un aparato elaborado para realizar el tratamiento real de agua residual. Algunos de estos sistemas incluyen serpentines, pero estos serpentines forman a menudo parte de un disefo de tubo y envolvente, tal como un serpentfn de inmersi6n.

Los intercambiadores de calor de serpentfn helicoidal sobre tubo han sido usados durante algun tiempo. Este tipo

35 de intercambiador de calor consiste tfpicamente de un solo serpentfn que es enrollado alrededor de un tubo. Los intercambiadores de calor anteriores de serpentfn sobre tubo han sido utilizados como calentadores de agua en contacto directo con el fuego, en los que la combusti6n tiene lugar dentro del tubo, calentando el lfquido del serpentfn. Los intercambiadores de calor de serpentfn sobre tubo son tambien utilizados para la recuperaci6n de calor del agua residual.

40 Los caudales tfpicos de liquida han sido tradicionalmente modestos utilizando el disefo de un solo serpentfn. Las aplicaciones mas recientes de esta clase de intercambiador de calor, tales como la recuperaci6n de calor de agua residual, han dado como resultado caudales de lfquido mucho mayores. Los intercambiadores de calor del tipo de serpentfn sobre tubo tienen una ventaja significativa en las aplicaciones de agua residual ya que el tubo central permite que el agua residual pase a su traves facilmente sin atascarse. Los fndices de producci6n para

45 intercambiadores de calor de un solo serpentfn sobre tubos son bajos y proporcionan un buen rendimiento.

Sin embargo, en muchas aplicaciones, los caudales deseados dan como resultado una perdida de presi6n grande en los disefos de un solo serpentfn. La perdida es generalmente proporcional a la distancia recorrida en el serpentfn, al segundo orden del caudal, y es inversamente proporcional al area en secci6n transversal. Cuando se requieren largas longitudes de serpentfn, la perdida de presi6n resultante no es aceptable para muchas

50 aplicaciones.

Aumentando el numero de trayectos de lfquido en el lado del serpentfn del intercambiador de calor, puede reducirse la perdida de presi6n. Existen intercambiadores de calor de serpentfn sobre tubos que tienen multiples serpentines, con disefos diferentes que son tfpicamente utilizados para aplicaciones diferentes. El numero de

serpentines utilizado depende del maximo caudal deseado. Cuanto mayor es el caudal deseado, mas serpentines

son necesarios para conservar las perdidas de presi6n en una cantidad razonable. Por ejemplo, en una unica

instalaci6n residencial, tal como en la mayor parte de las casas, un tubo nominal de media pulgada (12,7 mm) es utilizado para un serpentfn, y se usan de 1 a 2 serpentines. Para edificios de apartamentos, se utilizan tfpicamente de 2 a 4 serpentines, y en instalaciones comerciales (tales como club y gimnasios, etc.) varios serpentines son tfpicamente utilizados por intercambiadores de calor de multiples. Cada disefo no esta necesariamente limitado a una aplicaci6n dada (una unidad de 4 serpentines podrfa ser usada para una aplicaci6n comercial y residencial). Lo importante es que el numero de serpentines sea lo bastante elevado para mantener la perdida de presi6n lo bastante baja para el caudal en una aplicaci6n dada.

La fig. 1 ilustra un intercambiador de calor convencional con multiples serpentines, previstos cada uno como helices de un solo serpentfn. En tal disefo conocido de un intercambiador de calor 10, hay previsto un tubo central 12 que tiene un extremo 14 de entrada del tubo central y un extremo 16 de salida del tubo central. En el intercambiador de calor 10 de dos serpentines de la fig. 1, un primer serpentfn 18 esta situado alrededor de una primera parte del tubo 12 y un segundo serpentfn 20 esta situado alrededor de una segunda parte del tubo 12. El primer serpentfn 18 tiene un primer extremo de entrada 22 de serpentina previsto cerca del extremo de salida 16 del tubo central y un primer extremo de salida 24 de serpentfn previsto cerca del punto central de la longitud del tubo central 12. El segundo serpentfn 20 tiene un extremo de entrada 26 previsto cerca del punto central de la longitud del tubo central 12 y un extremo de salida 28 previsto cerca del extremo de entrada 14 del tubo central. El uso de los terminos extremos de entrada y de salida anteriores presupone que un flujo de lfquido en el tubo central 12 tiene un sentido diferente que el flujo de lfquido en el primer y segundo serpentines 18 y 20.

El flujo de entrada de lfquido total para los serpentines es asf dividido en dos, de modo que una parte de los flujos de lfquido entrantes a cada uno de los dos serpentines 18 y 20, entra en un extremo de entrada del mismo. Esto reduce la perdida total de presi6n de lfquido a traves de los serpentines en comparaci6n con el disefo de un unico serpentfn. Sin embargo, para conseguir esto, se requiere un cabezal o multiple que conecte los multiples serpentines juntos, ya que los puntos de flujo de entrada y los puntos de flujo de salida del intercambiador de calor estan distribuidos sobre la longitud del tubo central. Los diferentes serpentines no realizaran su funci6n sin el cabezal, ya que sin el cabezal el flujo de entrada podrfa alcanzar s6lo al primer serpentfn, y el flujo de salida del primer serpentfn podrfa no salir en el extremo de salida del tubo central. El cabezal puede incluir un cabezal 30 de flujo de entrada y un cabezal 32 de flujo de salida, que conectan los extremos de flujo de entrada y flujo de salida de los serpentines, respectivamente.

Aunque los serpentines son capaces de tratar flujos de lfquido en paralelo uno con otro, los propios serpentines estan colocados en secciones longitudinales distintas sucesivas del tubo central. Como se ha mencionado antes, el tratamiento de flujos del lfquido paralelos requiere que el intercambiador de calor incluya el cabezal. La necesidad de un cabezal requiere un tiempo de producci6n adicional, asf como un tiempo de instalaci6n adicional.

Algunos disefos de intercambiador de calor se ha encontrado que son mas eficientes que el intercambiador de calor de multiples serpentines de serpentfn sobre tubo mostrado en la fig. 1. Los intercambiadores de calor de "contracorriente" son conocidos como una de las clases de intercambiadores de calor mas eficientes, o efectivas. En un intercambiador de calor de contracorriente con una pluralidad de serpentines, la diferencia de temperatura entre los lfquidos es sustancialmente constante a lo largo de su longitud. Generalmente, un flujo de agua frfa entera en un serpentfn por un extremo del intercambiador de calor, y un flujo de agua caliente entra en otro serpentfn en el otro extremo del intercambiador de calor. El flujo de agua caliente proporciona calor al flujo de agua frfa, y el flujo de agua caliente resulta mas frfo cuando se desplaza a lo largo del intercambiador de calor, mientras el flujo de agua frfa resulta mas caliente cuando se desplaza a lo largo del intercambiador de calor. Si los flujos de agua frfa y agua caliente tuvieran que entrar en el intercambiador de calor por el mismo extremo, habrfa una gran diferencia de temperatura en ese extremo, y una diferencia de temperatura mucho menor en el otro extremo. Este caso de flujo paralelo esta limitado a una efectividad maxima de intercambio de calor de aproximadamente el 50%.

Por ello, echando una mirada al intercambiador de calor de multiples serpentines sobre tubo de la fig. 1, este no es un verdadero intercambiador de calor de "contracorriente". La raz6n por la que no es un verdadero intercambiador de calor de contracorriente es que la corriente frfa entrante es dividida, de modo que parte de ella se inicia a medio camino en sentido longitudinal, y parte de ella termina a medio camino en sentido longitudinal. Para ser un verdadero intercambiador de calor de contracorriente, la totalidad del primer flujo ha de desplazarse en un sentido sustancialmente opuesto al segundo flujo a lo largo de toda la longitud del intercambiador de calor para ambos flujos, con el fin de proporcionar una diferencia de temperatura constante a lo largo de la longitud del intercambiador de calor. Para esto, la entrada de la corriente frfa esta generalmente en el extremo opuesto del intercambiador de calor de la entrada de la corriente caliente en un intercambiador de calor de contracorriente.

En resumen, aunque los intercambiadores de calor de un solo serpentfn del tipo de serpentfn helicoidal sobre tubo tienen fndices de producci6n razonables y rinden bien ya que pueden ser utilizados como intercambiadores de

calor de contracorriente, pueden tambien incurrir en perdidas de presi6n significativas. Los intercambiadores de

calor de multiples serpentines sobre tubo son capaces de superar algunos de los problemas de perdida de presi6n de los disefos de un solo serpentfn, pero requieren cabezales adicionales para tratar los lfquidos, y su rendimiento no es tan eficiente como podrfa serlo, ya que no son verdaderos intercambiadores de calor de contracorriente.

RESUMEN DEL INVENTO

Es un objeto del presente invento proporcionar un metodo eficiente para calentar agua dulce utilizando agua residual.

Las reivindicaciones dependientes definen realizaciones preferidas del invento.

El presente invento proporciona un metodo para calentar agua dulce utilizando calor recuperado de agua residual, comprendiendo el metodo: prever un tubo central para recibir el agua residual; prever una pluralidad de conductos para recibir el agua dulce, siendo los conductos de esa pluralidad enrollados helicoidalmente en una relaci6n paralela a lo largo de la misma parte/de una parte colocada junto al menos una parte de la longitud del tubo central para permitir la transferencia de calor entre ellas. El agua residual es obligada a circular a traves del tubo central para hacer con ello que el calor procedente del agua residual sea transferido a la pluralidad de conductos mediante el tubo central y el agua dulce es obligada a fluir a traves de la pluralidad de conductos para calentar por ello el agua dulce.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

Las siguientes figuras describen intercambiadores de calor, en las que:

la fig. 1 ilustra una vista en perspectiva de un intercambiador de calor convencional de serpentfn sobre tubo de acuerdo con el estado de la tecnica;

la fig. 2 ilustra una vista en perspectiva de un intercambiador de calor de acuerdo con un ejemplo de multiples tubos, multiples canales para usar en el metodo del presente invento;

la fig. 3 ilustra una vista en perspectiva de un intercambiador de calor de acuerdo con otro ejemplo de multiples tubos, multiples canales para utilizar en el metodo del presente invento;

la fig. 4 ilustra una vista en perspectiva de un intercambiador de calor de acuerdo con otro ejemplo de multiples tubos, multiples canales para utilizar en el metodo del presente invento que incluye una pluralidad de helices;

la fig. 5 ilustra una vista en perspectiva de un intercambiador de calor de acuerdo con otro ejemplo de multiples tubos, multiples canales para utilizar en el metodo del presente invento, que incluye un cabezal de flujo de entrada y un cabezal de flujo de salida;

la fig. 6 ilustra una vista en perspectiva de un intercambiador de calor de acuerdo con un ejemplo de un solo tubo, multiples canales para utilizar en el metodo del presente invento.

la fig. 7 ilustra una vista en perspectiva de un intercambiador de calor de acuerdo con otro ejemplo de un solo tubo, multiples canales para utilizar en el metodo del presente invento.

la fig. 8 ilustra una vista en perspectiva de un intercambiador de calor de acuerdo con otro ejemplo de un solo tubo, multiples canales para utilizar en el metodo del presente invento, que incluye una pluralidad de helices;

la fig. 9 ilustra una vista en perspectiva de un intercambiador de calor de acuerdo con otro ejemplo de un solo tubo, multiples canales para utilizar en el metodo del presente invento, incluyendo un cabezal de flujo de entrada y un cabezal de flujo de salida.

DESCRIPCION DETALLADA

Generalmente, un intercambiador de calor de serpentfn sobre tubo utiliza multiples canales helicoidales paralelos para limitar las perdidas de presi6n del lfquido al tiempo que proporciona al menos un rendimiento y tiempos de producci6n similares a los disefos de serpentfn y tubo. Dos o mas canales de serpentfn son enrollados juntos alrededor de un tubo de manera helicoidal, permitiendo que el intercambiador de calor sea usado en una aplicaci6n de "contracorriente". El sistema incluye preferiblemente un cabezal (o multiple) para conectar dos o mas de los canales juntos al comienzo y/o final del tubo. Sin embargo, cada canal individual puede ser conectado a una carga separada y conservado independiente. La pluralidad de canales puede ser puesta en practica dentro de un solo

tubo o mediante multiples tubos, o una combinaci6n de ambas. Realizaciones del presente invento proporcionan

una perdida de presi6n reducida, un mayor rendimiento y son en general mas rapidas de fabricar que los

intercambiadores de calor anteriores.

El termino "contracorriente" es aplicado a un intercambiador de calor en el que los flujos de lfquido son en sentidos opuestos. Esto es deseable ya que da como resultado las clases mas eficientes (o "efectivas") de intercambiador de calor. En un intercambiador de calor de contracorriente que tiene una pluralidad de serpentines, la diferencia de temperatura entre los lfquidos es sustancialmente constante a lo largo de la longitud del intercambiador de calor. En general, para ser un verdadero intercambiador de calor de contracorriente, la totalidad del primer flujo del lfquido ha de desplazarse en sentido sustancialmente opuesto a un segundo flujo de lfquido. Deberfan resaltarse que un intercambiador de calor puede ser disefado y destinado a ser como un intercambiador de calor de contracorriente pero puede no ser instalado necesariamente de esta manera si un lado de las conexiones es instalado en sentido contrario a lo que se pretende.

Los terminos "canal" "tubo" o "tubo de serpentfn" tal y como son usados aquf representan cualquier tubo, conductor

o canal estacionario, de cualquier material que puede ser usado para transportar lfquido. Los conductos pueden ser de forma cilfndrica, pero pueden usarse conductos de cualquier secci6n transversal. En las realizaciones de multiples tubos, multiples canales, cada canal puede estar previsto en un tubo separado, tal como un tubo de serpentfn. En las realizaciones de un solo tubo, multiples canales, una pluralidad de canales (y no necesariamente todos los canales) pueden estar previstos dentro de un solo tubo. Las realizaciones de un solo tubo, multiples canales, pueden ser puestas en practica utilizando una configuraci6n del tipo de "cinta", en la que esta prevista una cinta que tiene una pluralidad de canales. Ha de comprenderse que la referencia a una puesta en practica de "un solo tubo, multiples canales" simplemente significa que hay al menos un conjunto de una pluralidad de canales que esta previsto en un solo tubo. Desde luego, pueden proporcionarse realizaciones hfbridas en las que algunos canales estan previstos cada uno en tubos separados, mientras otros grupos de canales estan previstos en un solo tubo. Tambien el termino "serpentfn sobre tubo" como es utilizado aquf representa cualquier disposici6n de canales, tubo de cinta, u otros tubos sobre un tubo central, y no esta restringido necesariamente a serpentines.

El termino "divisi6n de flujo" u otras referencias a que el flujo de lfquido sea dividido como es usado aquf representa divisi6n de flujo, en cantidades iguales o no iguales, desde uno o mas tubos de flujo de entrada a una pluralidad de tubos de flujo de salida. El resultado final es que el flujo es dividido en multiples tubos de modo que pueda tratarse un volumen de flujo mayor con una perdida de presi6n modesta, en oposici6n a la utilizaci6n de un solo tubo mayor. Por ejemplo, en un cabezal o multiple, el flujo entrante es dividido en dos o mas flujos salientes.

El termino "lfquido" como es usado aquf representa cualquier lfquido, tal como agua, una sustancia qufmica, o cualquier otra soluci6n acuosa, sustancia lfquida o semi liquida, tal como agua de desague, agua residual u otro lfquido residual, lodo, aguas grises, aguas negras o cualquier lfquido que tiene componentes s6lidos y/o semi s6lidos.

El termino "en una relaci6n paralela", como es usado aquf en relaci6n a tubos de serpentfn que son enrollados helicoidalmente en una relaci6n paralela a lo largo de la longitud del tubo central, representada los tubos de serpentfn que estan situados lado a lado y son enrollados juntos a lo largo del tubo central. La relaci6n paralela se refiere a la posici6n ffsica de los tubos relativamente entre sf.

El termino "sustancialmente situados en el mismo lugar", como en su usado aquf en relaci6n a extremos de tubos de serpentfn que estan sustancialmente situados en el mismo lugar, representa cada uno de los extremos que estan situados sustancialmente en la misma regi6n del tubo central alrededor del cual son enrollados. Pueden estar en un extremo particular del tubo central, pero pueden alternativamente estar en cualquier punto a lo largo de la longitud del tubo central.

La fig. 2 ilustra una vista en perspectiva de un intercambiador de calor de serpentfn sobre tubo. El intercambiador de calor 100 incluye un tubo central 102 para un primer flujo de lfquido, tal como un flujo de agua residual, que tiene un extremo de flujo de entrada 104 de tubo central y un extremo de flujo de salida 106 de tubo central. En esta realizaci6n de multiples canales, multiples tubos, hay prevista una pluralidad de canales como una pluralidad de serpentines, o tubos de serpentfn, 108 para un segundo flujo de lfquido, tal como un flujo de agua dulce, cada uno con un extremo de flujo de entrada 110 del tubo de serpentfn y un extremo de flujo de salida 112 de tubo de serpentfn. La pluralidad de tubos de serpentfn 108 estan enrollados helicoidalmente en paralelo uno con otro a lo largo de la longitud del tubo central, preferiblemente de manera sustancial a lo largo de toda la longitud del tubo central. En contraste con los intercambiadores de calor de contracorriente y serpentfn sobre tubo conocidos, cada uno de la pluralidad de tubos de serpentfn 108 esta en contacto con el tubo central 102. Cada uno de la pluralidad de tubos de serpentfn 108 se extiende tambien sustancialmente y a lo largo de la misma longitud del tubo central, preferiblemente a lo largo sustancialmente de toda la longitud del tubo central.

El presente invento es utilizado para recuperar calor de flujos calientes de agua residual. Por ejemplo, el calor

procedente del agua residual en el tubo central 102 que fluye en una direcci6n F1 es preferiblemente utilizado

para calentar agua dulce que fluye en una direcci6n F2 en la pluralidad de tubos de serpentfn 108. Por esta raz6n, de acuerdo con las realizaciones del presente invento cada uno de la pluralidad de tubos de serpentfn 108 esta en contacto con el tubo central 102, de manera que el beneficio de los flujos calientes de agua residual puede ser aplicado al lfquido que fluye en cada uno de la pluralidad de tubos de serpentfn 108. Aunque el lfquido fluye en los tubos de serpentfn 108 en una direcci6n que parece algo perpendicular a F1, el lfquido en los tubos de serpentfn 108 progresa a lo largo del intercambiador de calor en una direcci6n F2, y por ello crea un intercambiador de calor de contracorriente.

Aunque la realizaci6n de la fig. 2 esta mostrada con los flujos de lfquido F1 y F2 de manera que el intercambiador de calor sea un intercambiador de calor de contracorriente, el mismo dispositivo puede ser utilizado con flujos de lfquido F1 y F2 que estan en direcciones sustancialmente similares o sustancialmente paralelas. Opcionalmente este es un metodo de instalaci6n deseable, como es conocido por los expertos en la tecnica.

Con el disefo de un intercambiador de calor 100 como se ha mostrado en la fig. 2, la pluralidad de tubos de serpentfn puede ser de dos o mas tubos que son enrollados alrededor del tubo central para formar una helice. Un resultado de este disefo es que los flujos de lfquido a traves de la pluralidad de tubos de serpentfn 108 comienzan/terminan en el mismo extremo del tubo 102, formando un intercambiador de calor de contraflujo. En otras palabras, los extremos de flujo de entrada 110 del tubo de serpentfn estan previstos preferiblemente cada uno de ellos en o cerca del extremo de flujo de entrada 104 del tubo central. Los extremos de flujo de salida 112 del tubo de serpentfn estan preferiblemente cada uno previsto en o cerca del extremo de flujo de salida 106 del tubo central. Esto proporciona una perdida menor en la presi6n de lfquido a traves de los tubos de serpentfn 108 en oposici6n a un intercambiador de calor que tiene una unica helice alrededor del tubo central, como es conocido en la tecnica anterior.

Para resumir el ejemplo general mostrado en la fig. 2, se ha previsto un intercambiador de calor de serpentfn sobre tubo que tiene un tubo central para un primer flujo de lfquido. El intercambiador de calor incluye una pluralidad de canales, o tubos de serpentfn, para un segundo flujo de lfquido. Los tubos de serpentfn estan enrollados helicoidalmente en paralelo uno con otro a lo largo de la longitud del tubo central. Cada uno de la pluralidad de tubos de serpentfn esta en contacto con el tubo central y se extiende sustancialmente a lo largo de la misma longitud del tubo central, preferiblemente de forma sustancial a lo largo de toda la longitud del tubo central. El intercambiador de calor es utilizado para la recuperaci6n de calor de agua residual, en que el primer flujo de lfquido es un flujo de agua residual y el segundo flujo de lfquido es un flujo de agua dulce.

La fig. 3 ilustra un intercambiador de calor de serpentfn sobre tubo. Como se ha mencionado anteriormente, cada uno de la pluralidad de tubos de serpentfn se extiende sustancialmente a lo largo de la misma longitud del tubo central. En la realizaci6n de la fig. 2, los canales, o tubos de serpentfn, 108 se extienden sustancialmente a lo largo de toda la longitud del tubo central 102. Sin embargo, esto no siempre se desea. En la realizaci6n de la fig. 3, la pluralidad de serpentines se extiende sustancialmente a lo largo de la misma longitud del tubo central 102, pero no se extiende sustancialmente a lo largo de toda la longitud del tubo central. Esta realizaci6n ilustra que la helice formada por la pluralidad de tubos de serpentfn 108 puede comenzar parcialmente a lo largo del tubo central 102, y puede terminar parcialmente a lo largo del tubo central 102.

En este ejemplo particular, la helice de cinco tubos de serpentfn se extiende a lo largo de aproximadamente la mitad de la longitud del tubo central 102. Los extremos de flujo de entrada 110 del tubo de serpentfn de los tubos de serpentfn 108 estan previstos sustancialmente en el extremo de flujo de salida 106 del tubo central, y los extremos de flujo de salida 112 del tubo de serpentfn estan previstos en un punto a lo largo de la longitud del tubo central 102, tal como aproximadamente a medio camino de su longitud en el caso de la fig. 3.

Una puesta en practica tal como la de la fig. 3 es ventajosa para ciertas aplicaciones. Por ejemplo, en una situaci6n en la que un intercambiador de calor ha de ser instalado en una casa que tiene juntas de codos bruscas, el intercambiador de calor de la fig. 3 puede ser usado preferiblemente. Tener un tubo central desnudo 102 para acoplarse con el codo permite un mejor y mas uniforme revestimiento de la pared interior del tubo central del agua residual si hay previsto un borde anterior, en oposici6n a la helice que se extiende a lo largo de esa parte. Ademas, los tubos de serpentfn 108 contribuyen a la mayorfa del peso y coste de material de un intercambiador de calor de acuerdo con las realizaciones del presente invento. Por ello, en situaciones en las que es necesario o preferido tener la helice que se extiende solamente a lo largo de una parte de la longitud del tubo central, esto puede dar como resultado ahorros de coste en terminos de producci6n del intercambiador de calor.

Las realizaciones descritas en relaci6n con la fig. 2 y la fig. 3 muestran un intercambiador de calor con una sola helice formada por la pluralidad de tubos de serpentfn 108. Otros intercambiadores de calor incluyen una

pluralidad de tales helices. La fig. 4 ilustra un intercambiador de calor que incluye una pluralidad de helices. Una

primera y segunda helices 114 y 116 incluyen una primera y una segunda pluralidad de tubos de serpentfn 118 y

120, respectivamente. Como se ha ilustrado en la fig. 4, las helices pueden ser de diferentes longitudes, y pueden incluir un numero diferente de tubos de serpentfn. Por ejemplo, la helice 114 se extiende a lo largo de aproximadamente 2/3 de la longitud del tubo central 102 e incluye cuatro tubos de serpentfn 118, mientras que la helice 116 se extiende a lo largo de aproximadamente 1/3 de la longitud del tubo central 102 e incluye dos tubos de serpentfn 120.

Una puesta en practica tal como la de la fig. 4 es ventajosa para ciertas aplicaciones, tales como algunas aplicaciones industriales, en las que un primer flujo de lfquido y un segundo flujo de lfquido pueden ser conservados ventajosamente a diferentes temperaturas. Por ejemplo, un primer flujo de lfquido puede ser usado para limpiar suelos, y se desea mantenerlo a una temperatura elevada. Un segundo flujo de lfquido puede ser usado para otro proceso, tal como un proceso qufmico, en el que la temperatura del lfquido ha de ser conservada dentro de un cierto margen de temperaturas, por ejemplo por debajo de 30 grados Celsius. En tal caso, un ejemplo tal como el ilustrado en la fig. 4 puede ser empleado ventajosamente, proporcionando los ventaja del presente invento, con algo de la flexibilidad de alimentar flujos del lfquido separados como en la fig. 1. Ademas, la fabricaci6n de helices menores puede ser mas facil, y puede ser preferible cuando se utiliza un elevado numero de canales, o serpentines paralelos. Como se ha ilustrado en la fig. 4, las helices no necesitan cubrir la longitud completa del tubo central 102. Tal puesta en practica puede ser util en situaciones en las que existen limitaciones ffsicas en una regi6n en la que el intercambiador de calor ha de ser instalado, y puede no ser necesario tener los canales, o tubos de serpentfn, cubriendo una parte particular del tubo central.

Los canales, o tubos de serpentfn, 108 no estan limitados a tubos de la misma secci6n transversal o de cualquier secci6n transversal especffica. Cualquier numero de tubos de formas/perfiles en secci6n transversal y tamafos diferentes pueden ser enrollados en paralelo para formar el intercambiador de calor. En una realizaci6n preferida, los canales o tubos de serpentfn 108 son de areas en secci6n transversal sustancialmente iguales, o sustancialmente similares, de modo que traten un volumen sustancialmente similar de flujo a traves de cada tubo. Sin embargo, cada canal o tubo de serpentfn 108 puede ser de tamafo y perfil en secci6n transversal diferentes. La pluralidad de canales los tubos de serpentfn puede tener cada uno un perfil en secci6n trasversal sustancialmente similar, tal como un perfil en secci6n transversal que es sustancialmente rectangular o sustancialmente anular. El perfil en secci6n transversal puede alternativamente tener una superficie plana en una interfaz con el tubo central, y no necesariamente tener una superficie plana en las partes que no constituyen interfaz con el tubo central. Los perfiles en secci6n transversal pueden estar dimensionados de modo que cada tubo de serpentfn sea para recibir un volumen sustancialmente similar de flujo de lfquido. La pluralidad de canales

o tubos de serpentfn pueden ser de tamafo y/o longitud sustancialmente iguales.

La pluralidad de canales, o tubos de serpentfn, 108 puede ser denominada colectivamente como una helice. El paso de la helice puede ser ajustado preferiblemente de acuerdo con el numero de tubos de serpentfn que se estan usando, de manera que la distancia entre vueltas y tubos de serpentfn sea minimizada, aunque este espacio puede ser variado y no necesita ser constante. Asf la pluralidad de tubos de serpentfn puede ser enrollada alrededor del tubo central de manera mas eficiente sin dejar espacio significativo entre arrollamientos sucesivos de tubo y haciendo por ello un uso maximo del area de transferencia de calor disponible. En otras palabras, la pluralidad de tubos de serpentfn esta preferiblemente dispuesta en una helice tal que exista un espacio mfnimo entre cada uno de la pluralidad de tubos de serpentfn. En comparaci6n con los intercambiadores de calor de un solo serpentfn sobre tubo de la tecnica anterior, y aquellos que utilizan multiples serpentines cada uno de los cuales cubre un area de longitudinal diferente del tubo central, los ejemplos de intercambiadores de calor para usar en el metodo del presente invento tienen un paso que es mayor. Por ejemplo, cuando cada uno de los tubos de serpentfn es de la misma anchura, entre cada anillo o vuelta de un tubo de serpentfn particular estan previstos el otro u otros de la pluralidad de tubos de serpentfn.

Un ejemplo particular es proporcionado en la fig. 5, que muestra una vista en perspectiva de un intercambiador de calor de serpentfn sobre tubo de contracorriente, que incluye un cabezal o multiple. El ejemplo de la fig. 5 ilustra un intercambiador de calor de serpentfn sobre tubo de contracorriente con seis canales o tubos de serpentfn 108 paralelos. El flujo de lfquido es dividido, en esta realizaci6n, en un extremo de flujo de entrada de la helice, utilizando un cabezal de flujo de entrada 122, a la pluralidad de canales con tubos de serpentfn 108. El cabezal de entrada puede asf dividir el flujo de lfquido entrante en una pluralidad de flujos paralelos para desplazarse a lo largo de un trayecto sustancialmente similar alrededor de la helice en la pluralidad de tubos de serpentfn. Un cabezal de flujo de salida 124 similar mezcla los multiples flujos en la pluralidad de tubos de serpentfn 108 de nuevo en un unico flujo en el extremo de flujo de salida de la helice. Como se ha mencionado anteriormente, el extremo de flujo de entrada de la helice esta preferiblemente previsto en o cerca del extremo de flujo de salida 106 del tubo central, y el extremo de flujo de salida de la helice esta preferiblemente previsto en o cerca del extremo de flujo de entrada 104 del tubo central. El flujo de lfquido entrante es asf dividido en una pluralidad de flujos paralelos

que se desplaza en un trayecto sustancialmente similar alrededor de la helice, en un sentido opuesto al del flujo a

traves del tubo central. Con relaci6n a disefos que tienen un unico serpentfn helicoidal, la perdida de presi6n

cuando el lfquido se desplaza a traves de los tubos de serpentfn es mucho menor.

Es importante resaltar que un cabezal, o multiple, o una pluralidad de los mismos pueden estar previstos con cualquiera de los ejemplos descritos. Por ejemplo, un par de cabezales de flujo de entrada y flujo de salida pueden ser utilizados adecuadamente con la realizaci6n mostrada en la fig. 4.

Desde luego, un intercambiador de calor descrito aquf no necesita un cabezal para funcionar. Por ejemplo, la pluralidad de tubos de serpentfn 71 pueden tener muchas entradas de lfquido diferentes. Como tal, cada una de estas diferentes entradas de lfquido puede beneficiarse del intercambiador de calor, sin tener que ser tratadas juntas. Los diferentes flujos de lfquido en la pluralidad de tubos de serpentfn pueden cada uno ser tratado por separado en los extremos de entrada y salida de la helice. Tambien, puede haber cualquier combinaci6n de cabezales (desde cero a muchos) en la entrada y salida.

Las figs. 6 -9 ilustran ejemplos alternativos relativos a los ejemplos mostrados en las figs. 2 -5. Aunque se han proporcionado numeros de referencia adicionales, la descripci6n de los numeros de referencia y caracteres previamente usados es omitida de esta descripci6n, con objeto de brevedad, ya que estan siendo usados para representar partes similares.

La fig. 6 ilustra una vista en perspectiva de un intercambiador de calor 200 de acuerdo con un ejemplo de un solo tubo, multiples canales. La fig. 6 es similar a la fig. 2, pero con tres canales 108 puestos en practica en un solo tubo, o tubo de cinta, 208.

La fig. 7 ilustra una vista en perspectiva de un intercambiador de calor 200 de acuerdo con otro ejemplo de un solo tubo, multiples canales. La fig. 7 es similar a la fig. 3, con seis canales 108 en un solo tubo, o tubo de cinta, 208.

La fig. 8 ilustra una vista en perspectiva de un intercambiador de calor 200 de acuerdo con otro ejemplo de un solo tubo, multiples canales que incluye una pluralidad de helices. La fig. 8 es similar a la fig. 4, pero con dos conjuntos de canales diferentes previstos en forma de un solo tubo. Una primera y segunda helices, sobre un solo tubo, 214 y 216 incluyen una primera y segunda pluralidad de canales 218 y 220 respectivamente. Como se ha ilustrado en la fig. 8, las helices pueden ser de longitudes diferentes, y pueden incluir un numero de tubos de serpentfn diferentes. Por ejemplo, la helice 214 se extiende a lo largo de aproximadamente 2/3 de la longitud del tubo central 102 e incluye cuatro canales 218, mientras que la helice 216 se extiende a lo largo de aproximadamente 1/3 de la longitud del tubo central 102 e incluye dos canales 220. En el ejemplo de la fig. 8, los dos canales 220 estan mostrados con diferentes tamafos, mientras que los cuatro canales 218 estan mostrados con tamafos similares.

La fig. 9 ilustra una vista en perspectiva de un intercambiador de calor 200 de acuerdo con otro ejemplo de un solo tubo, multiples canales, que incluye un cabezal de flujo de entrada y un cabezal de flujo de salida. La fig. 9 es similar a la fig. 5, estando previstos seis canales en un solo tubo 208, y cabezales unidos. El flujo de lfquido es dividido, en este ejemplo, en un extremo de flujo de entrada de la helice, utilizando un cabezal de flujo de entrada 222, y un cabezal de flujo de salida 224 similar mezcla los multiples flujos de nuevo en un unico flujo en el extremo del flujo de salida de la helice. Como se ha mencionado anteriormente, el extremo del flujo de entrada de la helice esta preferiblemente previsto en o cerca del extremo de flujo de salida 106 del tubo central, y el extremo de flujo de salida de la helice esta previsto preferiblemente en o cerca del extremo de flujo de entrada 104 del tubo central.

Por conveniencia, los intercambiadores de calor pueden utilizar tamafos y diametros de tubo de cobre disponibles estandar. Desde luego, cualquier otro diametro, forma o material de tubo pueden ser usados para el tubo central o los tubos de serpentfn. Como las areas de contacto mayores entre cada una de la pluralidad de tubos de serpentfn 108 y del tubo central 102 ayuda a la transferencia de calor, estan incluidos los tubos de serpentfn helicoidales que tienen un perfil en secci6n transversal sustancialmente aplastado, o rectangular.

Con el fin de limitar las perdidas de presi6n del lfquido a una cantidad modesta para diferentes tamafos de intercambiadores de calor, los intercambiadores de calor utilizan diferentes numeros de tubos de serpentfn, como de 2 a 6 tubos de serpentfn. Por ejemplo, pueden tener una multiplicidad de tubos de serpentfn que es el numero maximo que puede ser enrollado alrededor del tubo central, de manera que esencialmente el intercambiador de calor tiene una serie de "anillos" sobre el tubo, ya que cada tubo de serpentfn completarfa solamente un unico arrollamiento del tubo central.

Debido al proceso de producci6n, los tubos de serpentfn son enrollados alrededor del tubo central en sentido contrario a las agujas del reloj. Enrollar los tubos de serpentfn en el sentido de las agujas del reloj caerfa aun dentro del marco del presente invento. Los tubos de serpentfn son anclados preferiblemente al tubo central en cada extremo por un anclaje. Los anclajes pueden ser previstos en el extremo de entrada y/o el extremo de salida de

cada uno de los tubos de serpentfn. El anclaje puede ser proporcionado por cualesquiera medios adecuados, tales como soldadura dura o soldadura con aportaci6n, a fin de mantener la tensi6n en los tubos que los conservara enrollados fuertemente alrededor del conducto y asegurar por ello un buen contacto termico.

En resumen, es proporcionado un intercambiador de calor de canal sobre tubo que utiliza multiples canales

5 helicoidales paralelos para limitar las perdidas de presi6n del lfquido al tiempo que proporciona al menos rendimiento y tiempos de producci6n similares a los disefos del serpentfn y tubo previos. Una pluralidad de canales, que puede ser puesta en practica con uno o mas tubos de serpentfn, son enrollados helicoidalmente juntos alrededor de un tubo central en paralelo entre sf, formando por ello un intercambiador de calor de contracorriente. El sistema puede incluir un cabezal, o multiple, para conectar dos o mas de los canales juntos al

10 comienzo y/o final del tubo. Sin embargo, cada canal individual puede ser conectado alternativamente a una carga separada y ser conservado independiente, y por ello no se requiere un cabezal para el funcionamiento del invento. Estos intercambiadores de calor proporcionan ventajosamente una perdida de presi6n reducida, un mayor rendimiento y generalmente son mas rapidos y mas faciles de fabricar que otros intercambiadores de calor.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un metodo para calentar agua dulce utilizando calor recuperado del agua residual, comprendiendo el metodo: prever un tubo central (102) para recibir el agua residual; prever una pluralidad de conductos (108) para recibir el agua dulce, siendo los conductos de la pluralidad enrollados helicoidalmente juntos en relaci6n paralela a lo largo de al menos una parte de la longitud del tubo central (102), estando cada uno de la pluralidad de conductos (108) en contacto con el tubo central (102) para permitir la transferencia de calor entre ellos; hacer que el agua residual fluya traves del tubo central (102) para hacer con ello que el calor procedente del agua residual sea transferido a la pluralidad de conductos (108) a traves del tubo central (102); y hacer que el agua dulce fluya a traves de la pluralidad de conductos (108) para calentar por ello el agua

dulce.
2.

El metodo segun la reivindicaci6n 1, en el que: el agua residual es obligada a fluir en una primera direcci6n y el agua dulce es obligada a fluir en una segunda direcci6n; y la primera direcci6n es sustancialmente opuesta a la segunda direcci6n.
3.

El metodo segun la reivindicaci6n 1 en el que: el agua residual es obligada a fluir en una primera direcci6n y el agua dulce es obligada a fluir en una segunda direcci6n; y la primera direcci6n es sustancialmente la misma que la segunda direcci6n.
4.

El metodo segun la reivindicaci6n 1 en el que: cada conducto de la pluralidad (108) incluye una unica entrada prevista en un primer extremo de dicho conducto para recibir agua dulce y una unica salida dispuesta en el extremo opuesto del primer extremo para descargar agua dulce calentada; el metodo incluye ademas la operaci6n de prever un cabezal de entrada (122, 222) en comunicaci6n de fluido con la unica entrada prevista en el primer extremo de cada conducto respectivo; la operaci6n de prever un cabezal de salida (124, 224) en comunicaci6n de fluido con la salida en el extremo de cada conducto; en que la operaci6n de hacer que el agua dulce fluya incluye permitir que el agua dulce procedente del cabezal de entrada fluya a la entrada de cada conducto y en la que el metodo incluye ademas la operaci6n de descargar el agua dulce desde la salida en el extremo de cada conducto al cabezal de salida (124, 224).
5.

El metodo segun la reivindicaci6n 1 en el que dicha pluralidad de conductos comprenden seis conductos y en el

que: cada conducto incluye una unica entrada prevista en un primer extremo de dicho conducto para recibir agua dulce y una unica salida prevista en el extremo opuesto al primer extremo para descargar agua dulce calentada, teniendo dichos extremos de los conductos dichas salidas situadas en el mismo lugar y unidas, en comunicaci6n de fluido, con un cabezal de salida cilfndrico (124); y teniendo los primeros extremos de los conductos dichas entradas que estan situadas en el mismo lugar y unidas, en comunicaci6n de fluido, con un cabezal de entrada cilfndrico (122), en el que el metodo incluye ademas la operaci6n de mezclar el agua calentada descargada desde los extremos de los conductos que tienen dichas salidas, estando dispuesto dicho cabezal de salida cilfndrico

(124) para realizar dicho mezclado.
6.

El metodo segun la reivindicaci6n 1 o la reivindicaci6n 5 en el que la pluralidad de conductos (108) se extiende sustancialmente a lo largo de toda la longitud del tubo central (102).
7.

El metodo segun la reivindicaci6n 1 en el que los conductos de la pluralidad (108) estan enrollados helicoidalmente alrededor del tubo central (102) de tal modo que minimicen la separaci6n entre conductos adyacentes.