ES2549175B1 - Calentador de fluidos - Google Patents

Abstract

Calentador de fluidos.#La invención se refiere a un calentador de fluidos que incluye un elemento rotor cilíndrico (1) en el cual se fijan una serie de imanes permanentes (11) y un elemento conductor hueco (2) dispuesto de forma no movible longitudinalmente rodeando y alojando en su interior el rotor cilíndrico (1), a modo de serpentín, y por cuyo interior fluye un fluido a calentar, estando el rotor adecuadamente conectado al eje (3) de un motor (4) y estando conectado el elemento conductor hueco (2) por uno de sus extremos a una red de suministro de fluido y por el otro extremo a una red de distribución de fluido una vez calentado.

Description

La presente invención se refiere a un calentador de fluidos, más concretamente a un calentador de fluidos donde se aprovechan las pérdidas energéticas de las corrientes de Foucault o corrientes parásitas en forma de calor (efecto Joule), por ejemplo para calentar agua, con el fin de obtener agua caliente en una instalación doméstica de agua sanitaria o bien para obtener un fluido caliente para su aplicación a nivel industrial.

Las corrientes de Foucault se producen cuando un conductor atraviesa un campo magnético variable o viceversa. El movimiento relativo causa una circulación de electrones o corriente inducida dentro del conductor. Estas corrientes circulares de Foucault crean electroimanes con campos magnéticos que se oponen al efecto del campo magnético aplicado. Cuanto más fuerte es el campo magnético aplicado, o mayor la conductividad del conductor, o mayor la velocidad relativa de movimiento, mayores serán las corrientes de Foucault y los campos opositores generados. Las corrientes de Foucault crean pérdidas de energia debido al efecto Joule. Más concretamente, dichas corrientes transforman formas útiles de energía, como la cinética, en calor, aunque generalmente es un efecto no deseado, ya que disminuyen la eficiencia de muchos dispositivos que usan campos magnéticos variables, como los transformadores de núcleo de hierro y los motores eléctricos.

La presente invención aprovecha la desventaja que supone la generación de estas corrientes de Foucault y su conversión en calor debido al efecto Joule para calentar un fluido, por ejemplo para conseguir agua caliente sanitaria, aplicando un campo magnético variable que inducecorrientes de Foucault sobre un serpentin de material ferromagnético y por cuyo interior circula el fluido a calentar.

Son bien conocidos, por ejemplo, calentadores de agua eléctricosque incluyen un depósito de agua de considerable tamaño donde se mantiene almacenada agua caliente gracias a la incorporación de una resistencia eléctrica. Éstos ocupan mucho espacio y, cuando la necesidad de flujo de agua caliente es elevada, no satisfacen la demanda de forma adecuada. Por otro lado, también son conocidos los calentadores de agua basados en combustibles no renovables, como gas natural o propano, que, además de hacer necesaria su instalación y verificación por parte de técnicos especialistas, conlleva los riesgos conocidos asociados al combustible, tales como posibilidad de deflagración o explosión, inhalación accidental de gases por mala combustión , etc.

Así el calentador de fluidos de la presente invención permite evitar las desventajas de los dispositivos convencionales conocidos del estado actual de la técnica.

Para ello, el calentador aquí descrito esencialmente consta de un elemento rotor cilíndrico en el cual se fijan una serie de imanes permanentes y de un elemento conductor hueco dispuesto de forma no movible cercano al rotor, a modo de serpentín, rodeando dicho rotor a cierta distancia y por cuyo interior fluye el fluido a calentar impulsado por una correspondiente bomba. El rotor está adecuadamente conectado al eje de un motor que, a su vez, acciona la citada bomba. El giro del rotor así diseñado genera un campo magnetico que varía cíclicamente, de forma que el movimiento relativo entre los imanes permanentes insertos en el rotor y el elemento conductor fijo provocan un campo magnético variable, produciéndose corrientes de Foucault en este último, las cuales, por efecto Joule, provocan el calentamiento del elemento conductor o serpentín ferromagnético y, con ello, del fluido que circula por su interior.La transmisión del calor del serpentín sobre el fluido que circula por el mismo se produceentonces por contacto directo, de manera que la temperatura que se puede alcanzar variará en función de diferentesparámetros, tales como el número y la disposición particular de los imanes en el rotor, su tamaño, su longitud en correspondencia con la longitud del serpentín, etc.

A continuación se describe la invención en base a una realización preferente de la misma y en referencia a las figuras adjuntas, en las cuales:

Figura 1: vista en perspectiva despiezada de un ejemplo de realización del calentador de la invención;

Figura 2: vista en perspectiva del ejemplo de la figura 1 estado montado;

Fig. 3: Vista en sección transversal del elemento rotor mostrando la disposición de los imanes.

En referencia a la figura 1, el calentador de la invención consta de un elemento rotor cilíndrico (1) en el cual se fijan una serie de imanes permanentes (11) Y de un elemento conductor hueco (2) dispuesto de forma no movible cercano al rotor, a modo de serpentín, rodeando dicho rotor (1) a cierta distancia y por cuyo interior fluye el fluido a calentar impulsado por una correspondiente bomba (no mostrada).

El rotor está adecuadamente conectado al eje (3) de un motor (4) que también suministra energía a la citada bomba.

El motor (3) no está limitado en cuanto a su fuente de alimentación, pudiendo tratarse de un motor eléctrico, solar, etc.

El elemento conductor hueco (2) se dispone longitudinalmente rodeando y

alojando en su interior el rotor cilíndrico (1) que porta los imanes permanentes

(11), estando dimensionados ambos elementos en cuanto a su diámetro de forma

se facilita esta disposición y dependiendo su longitud de las necesidades de la aplicación particular a la que se refiere. En una realización preferente, la longitud del rotor cilíndrico (1) Y del elemento conductor (2) son aproximadamente iguales. El elemento conductor (2) está fabricado de un material metálico conductor eléctrico, preferentemente cobre.

Aunque en la presente realización el elemento conductor (2) está confirmado en base a espiras circulares, su forma no está limitada a las mismas, pudiendo ser éstas rectangulares, cuadradas, etc., así como pudiendo éstas disponerse

alrededor del rotor cilíndrico (1) de cualquier forma adecuada, transversalmente, longitudinalmente, etc.

La utilización para el elemento conductor (2) de un conductor eléctrico tal como el

cobre, sometido a un campo magnético en movimiento proporcionado por el rotor

(1), provocan un efecto de movimiento sobre los electrones del cobredebido a la

fuerza normal generada en el campo magnético variable , provocando en ellos las corrientes de Foucault, cuya intensidad es proporcional a la velocidad de

movimiento y a la amplitud del campo magnético obtenido por los imanes (11).

El elemento conductor (2) se conecta por uno de sus extremos, de forma

convencional y conocida, a unared de suministro de fluido, tal como agua, a calentar, bien sea directamente o bien a través de una bomba de fluido. El otro extremo se conecta correspondientemente a la red de distribución del fluido una vez calentado, por ejemplo a una red doméstica de distribución de agua caliente sanitaria, bien directamente o bien a través de una bomba de fluido.

En la figura 2 se muestra la disposición en estado montado del rotor cilíndrico (1)

Y del elemento conductor (2). Como puede observarse en esta figura, una vez

dispuesto el elemento conductor (2) alrededor del rotor (1), ambos elementos

están alojados en una cubierta cilíndrica hueca (6) hecha de un material aislante térmico con el fin de minimizar posibles pérdidas de calor y maximizar el

rendimiento del calentador de la invención. Con este mismo fin, la cubierta (6)

cilíndrica dispone en sus extremos de sendas tapas circulares (5, 5'), presentando

la tapa (5) del extremo correspondiente al rotor (1) un orificio circular central para el paso y acoplamiento del eje (3) del motor (4). La cubierta (6) junto con sus tapas (5,5') alojando el rotor cilindrico (1) Y el elemento conductor (2) permiten

que el calentador de la invención presente un diseño compacto y fácilmente instalable en una carcasa pre-diseñada para un calentador convencional.

En referencia ahora a la figura 3, en ella se muestra la disposición de los imanes

permanentes (1 1) dispuestos sobre la superficie lateral del rotor cilíndrico (1) en una configuración de polaridad N-S enfrentada tanto en la dirección longitudinal

del rotor como en una dirección transversal a la anterior. En una realización

preferente de la invención, los imanes (11) están fabricados a partir de tierras

raras, en particular se trata de imanes de neodimio o NdFeB, opcionalmente aleados con terbio y disprosio para aumentar su Temperatura de Curie y opcionalmente revestidos con metales, polímeros o cubiertas de laca para minimizar el riesgo de corrosión.

Claims (6)

1. REIVINDICACIONES

   1.

   Calentador de fluidos caracterizado porque incluye un elemento rotor cilíndrico (1) en el cual se fijan una serie de imanes permanentes (11) Y un elemento conductor hueco (2) dispuesto de forma no movible longitudinalmente rodeando y alojando en su interior el rotor cilíndrico (1), a modo de serpentín, y por cuyo interior fluye un fluido a calentar, estando el rotor adecuadamente conectado al eje (3) de un motor (4) y estando conectado el elemento conductor hueco (2) por uno de sus extremos a una red de suministro de flu ido y por el otro extremo a una red de distribución de flu ido una vez calentado.

   2,

   Calentador de fluidos según la motor (4) es un motor eléctrico. reivindicación 1, caracterizado porque el

   3,

   Calentador de fluidos según la reivindicación 1, caracterizado porque la longitud del rotor cilíndrico (1) Y la longitud del elemento conductor (2) son aproximadamente iguales.

   4,

   Calentador de fluidos según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento conductor (2) está fabricado de un material metálico conductor.

   5,

   Calentador de fluidos según la reivindicación 4, caracterizado elemento conductor (2) está fabricado de cobre. porque el

2. 6.

   Calentador de fluidos según la reivindicación 1, caracterizado porque el rotor cilíndrico (1) Y el elemento conductor (2), una vez dispuesto el elemento conductor (2) alrededor del rotor (1), estan alojados en una cubierta cilíndrica hueca (6) de un material aislante térmico.

   7,

   Calentador de fluidos según la reivindicación 6, caracterizado porque la cubierta (6) cilíndrica dispone en sus extremos de sendas tapas circulares (5, 5'), presentando la tapa (5) del extremo correspondiente al rotor (1) un orificio circular central para el paso y acoplamiento del eje (3) del motor (4).

3. 8.

   Calentador de fluidos según la reivindicación 6, caracterizado porque la cubierta (6) junto con sus tapas (5,5') alojando el rotor cilíndrico (1) Y el

   elemento conductor (2) permiten que el calentador presente un diseño

   compacto y fácilmente instalable en una carcasa pre-diseñada para un calentador convencional
4. 9. Calentador de fluidos según la reivindicación 1. caracterizado porque los

   5 imanes permanentes (11) se disponen sobre la superficie lateral del rotor cilindrico (1) en una configuración de polaridad N-S enfrentada tanto en la

   dirección longitudinal del rotor como en una dirección transversal.
5. 10. Calentador de fluidos según la reivindicación 1, caracterizado porque los

   imanes permanentes (11) están fabricados a partir de tierras raras, en 10 particular son imanes de neodimio o NdFeB,
6. 11. Calentador de fluidos según la reivindicación 10. caracterizado porque los imanes permanentes (11 ) están aleados con terbio y disprosio para

   aumentar su Temperatura de Curie y/o revestidos con metales, polímeros o cubiertas de laca para minimizar el riesgo de corrosión.