ES2604712T3 - Refrigerador vaporizable, refrigerador adiabático o unidad de humidificación y método de fabricación de los mismos - Google Patents

Refrigerador vaporizable, refrigerador adiabático o unidad de humidificación y método de fabricación de los mismos Download PDF

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Abstract

Refrigerador vaporizable, refrigerador adiabático o unidad de humidificación que comprende: una matriz de intercambio térmico (30) que define un único canal de flujo y que comprende una pluralidad de hojas planas generalmente (32, 34) que comprende un material de retención de agua, una relación dispuesta de forma distanciada, sustancialmente paralela y una pluralidad de espaciadores (44) situados entre hojas adyacentes para mantener su relación distanciada, cada hoja define un plano principal con una dirección de flujo y una dirección transversal, un alojamiento (4) con al menos una entrada de aire (6), una salida de aire (8), la matriz situada en el alojamiento; una disposición ventiladora (14) para dirigir aire a través de la matriz en la dirección de flujo; y una fuente de agua (12) para la humidificación de la matriz, caracterizado por el hecho de que las hojas comprenden bandas (36) que se extienden en una longitud de banda en la dirección transversal y están separadas de cada banda vecina en la dirección de flujo y cada banda está compensada del plano principal por una distancia que es diferente de la de su vecina.

Description

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Refrigerador vaporizable, refrigerador adiabatico o unidad de humidificacion y metodo de fabricacion de los mismos Antecedentes de la invencion
1. Campo de la invencion
[0001] La presente invencion se refiere a una matriz de intercambio termico del tipo que se puede usar como un humidificador adiabatico para introducir humedad a un flujo de fluido.
La invencion se refiere ademas a metodos de fabricacion de tales dispositivos.
Una matriz de este tipo puede operar para proporcionar un enfriamiento adiabatico para uso domestico y tambien se puede usar para la humidificacion en combinacion con sistemas de aire acondicionado y calentamiento convencionales.
Tambien se puede usar para eliminar humedad de una corriente de aire en combinacion con un desecante adecuado.
2. Descripcion de las tecnicas relacionadas
[0002] Dispositivos de intercambio termico de una forma u otra estan presentes en practicamente cada dispositive y proceso.
El rendimiento de una accion implica invariablemente la liberacion de energfa en forma de calor.
Si no se requiere, el calor sera liberado a menudo al ambiente por una superficie de conduccion de calor apropiada proporcionada, p. ej. con aletas de enfriamiento.
Si la cantidad de calor es excesiva o si se puede emplear para usos utiles, se puede proporcionar un intercambiador de calor especffico para transportar el calor fuera, p. ej. a otro sistema.
El intercambio termico tambien se puede producir entre medios diferentes: - gas, lfquido y medios solidos se pueden interconectar en todas las combinaciones, segun el rendimiento requerido.
[0003] Tambien se conocen los sistemas adiabaticos, que actuan por evaporacion de un lfquido, normalmente agua, en una corriente de aire.
Tales sistemas no son intercambiadores de calor en el sentido mas estricto, ya que ellos principalmente no provocan que el calor entre o salga del sistema.
De hecho, sirven meramente para cambiar la temperatura de la corriente de aire mientras aumenta su entalpfa solo por el calor adecuado del agua adicionada.
Como el agua se evapora en la corriente de aire, el calor latente de evaporacion de este agua se proporciona por el enfriamiento de la corriente de aire.
Este metodo de enfriamiento puede ser muy eficaz para aire relativamente caliente, seco.
[0004] Se describen refrigeradores adiabaticos convencionales en la US3792841 y la US 5143658.
Tales dispositivos generalmente comprenden una matriz formada por pilas de placas corrugadas colocadas encima de una a la otra, de manera que las corrugaciones en capas adyacentes son anguladas una con respecto a la otra. Las placas se pueden formar de varios materiales pero los materiales organicos reforzados de resina o inorganicos fibrosos son los mas comunes.
Las placas se soportan por un alojamiento o bastidor que puede proveer conexiones de entrada y salida para guiar una corriente de aire a traves de la pila.
Una disposicion de riego sirve para aplicar continuamente o intermitentemente agua u otro lfquido evaporable a las placas.
En la operacion, el aire que se va a enfriar pasa a traves de la pila.
Asumiendo que el aire no esta completamente saturado, absorbera vapor acuoso desde las placas.
De este modo, baja la temperatura del aire hacia la denominada temperatura de bulbo humedo, que es el mfnimo teorico.
Para las condiciones de funcionamiento dadas, la eficiencia de tales dispositivos se puede determinar por la energfa de entrada requerida para conducir la corriente de aire a traves de la pila.
De hecho, esta es la unica energfa externa significativa requerida y se determina en gran medida por la resistencia de flujo total de la pila y la velocidad de la corriente de aire.
Un gran problema con los dispositivos de la tecnica precedentes es que para optimizar la eficiencia, estos tienden a hacerse relativamente voluminosos.
[0005] Ademas del enfriamiento adiabatico, tambien se usan dispositivos de construccion similar para humedecer corrientes de aire para otros fines.
En particular, en sistemas de calefaccion integrada, ventilacion y aire acondicionado (HVAC) es deseable frecuentemente aumentar la humedad absoluta del aire para fines de comodidad.
En particular, durante los meses de invierno, los sistemas de calentamiento tienden a provocar que el aire se vuelva relativamente seco.
Esto puede llevar a problemas respiratorios, electricidad estatica y otras incomodidades.
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Serfa deseable una adicion de humedad de una manera eficaz sin en aumento del volumen de la instalacion HVAC.
[0006] Una distincion importante de los dispositivos anteriores sobre intercambiadores termicos convencionales es que pueden interactuar con solo un flujo de medios.
Esto evita colectores de entrada y salida complejos y generalmente hay una pequena necesidad de considerar la conductibilidad termica de la matriz.
El aire convencional para airear intercambiadores termicos opera en flujo transversal o contraflujo con transference de calor que tiene lugar entre canales primarios y canales secundarios, que deben ser sellados uno del otro, p. ej. por paredes de conduccion de calor.
Una consideracion de diseno importante es la manera en la que se consigue un coeficiente de transferencia de calor adecuado para las paredes de conduccion.
Otra consideracion es como se conectan canales entrelazados multiples a colectores de entrada y salida.
[0007] Otra clase de intercambiadores termicos es la rueda de recuperacion de calor.
Tales dispositivos usan medios de intercambio de calor latentes y adecuados en forma de una matriz que proporciona pasajes de aire a traves de los que se puede dirigir una corriente de aire utilizando un ventilador o soplador.
Las matrices sostenen un material de desecante que puede absorber la humedad y puede adoptar una variedad de formas, tales como una malla fibrosa o panal.
Un tipo de matriz de panal se forma por un pluralidad de capas distanciadas, sustancialmente paralelas de un material de hoja, particularmente, capas alternantes de un material de hoja ondulada y un material de hoja plana.
En este ultimo caso, las corrugaciones son generalmente paralelas y proporcionan una pluralidad de vfas de paso que se extienden axialmente que se extienden a lo largo de la profundidad de la rueda.
Tales dispositivos se describen en la US 4769053 y la US 5542968.
Se han propuesto materiales diferentes para la construccion matricial incluyendo aluminio y materiales fibrosos. Tambien se le ha prestado una atencion considerable al uso optimizado de los recubrimientos de desecante.
Sin embargo, una desventaja particular de tales ruedas es su volumen total.
Esto esta relacionado generalmente con el volumen de material requerido para el intercambio termico eficaz y con la necesidad de un area de paso de flujo eficaz que no conducira a un descenso de presion significante y un consumo de alta potencia asociados por parte del ventilador.
[0008] Muchas otras formas de construccion de intercambio termico se han propuesto en el pasado para varios fines diferentes.
La US 4147210 divulga un intercambiador termico de pantalla que comprende filtros alternantes y espaciadores.
Los filtros se han hecho de un material conductivo, tal como cobre o aluminio en forma de una malla.
[0009] Por lo tanto, serfa deseable mejorar en los disenos existentes, no solo en cuanto a volumen matricial para un rendimiento dado, sino tambien en cuanto a la eficiencia energetica de flujo a traves del dispositivo.
Breve resumen de la invencion
[0010] Segun la invencion, se proporciona una matriz de intercambio termico que define un canal de flujo y que comprende una pluralidad de hojas planas generalmente que comprende un material de retencion de agua, dispuesto en una relacion distanciada, sustancialmente paralela, cada hoja define un plano principal que tiene una direccion de flujo y una direccion transversal, donde las hojas comprenden bandas que se extienden en una longitud de banda en direccion transversal y estan separadas de cada banda vecina en la direccion de flujo y cada banda esta compensada desde el plano principal por una distancia que es diferente de la de su vecina.
Se cree que la matriz resultante consigue considerablemente una capacidad de intercambio termico superior por unidad de volumen y, ademas, se cree que tiene una eficiencia superior en cuanto a resistencia de flujo en las velocidades de aire, generalmente encontrada en aplicaciones HVAC.
En el presente contexto, por relacion distanciada se entiende meramente que los planos principales de cada hoja estan distanciados uno del otro.
Asf, las bandas de hojas adyacentes pueden entran en contacto una con la otra y pueden ayudar a conseguir la funcion de espaciado.
Ademas, aunque se hace referencia a hojas planas, se puede entender que estas se refieren a su disposicion local y no se destinan a ser limitativas en la forma en general de la matriz, que en el uso se pueden adaptar a cualquier forma apropiada.
Sin embargo, en general, las hojas seran planas al menos en la direccion de flujo y planas o curvadas en la direccion transversal, como se describe a continuacion.
[0011] Aunque se pueden considerar varias configuraciones y orientaciones de las bandas, sin embargo, en general las bandas se encontraran generalmente en paralelo a la direccion de flujo.
Sin pretender imponer ninguna teorfa, se cree que una disposicion de todas o la mayor parte de las bandas para estar en la direccion del flujo es ventajosa en la reduccion del descenso de presion a traves del intercambiador termico.
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[0012] Segun la presente invencion, la matriz de intercambio termico puede formar un unico canal de flujo.
Se entiende que esto significa que, aunque los espaciadores pueden estar presentes, estos no dividen el flujo en corrientes aisladas hermeticamente.
Ademas, el canal de flujo definido por la matriz tiene un ancho de flujo en la direccion transversal de al menos una pluralidad de longitudes de banda.
[0013] Aunque se cree que el principio es aplicable a hojas que tienen bandas compensadas para dos posiciones diferentes, se cree que el dispositivo ofrece un rendimiento mejorado cuando las bandas son compensadas desde el plano principal, por lo menos, a cuatro posiciones diferentes.
Para que no haya duda, en el presente contexto, la posicion de compensacion cero tambien se considera una posicion que representa una banda que se encuentra en el plano principal de la hoja.
Se cree que la provision de bandas compensadas para una pluralidad de posiciones es particularmente ventajosa en el caso del enfriamiento por evaporacion.
Como se discutira con mayor detalle debajo, se cree que la provision de bandas en una pluralidad de posiciones de compensacion reduce el desarrollo de una capa lfmite laminar dentro de una corriente de aire que fluye pasando las bandas.
Al reducir tal capa, se consigue una mejor absorcion de agua de las superficies de las bandas y esta sucesivamente lleva a un enfriamiento por evaporacion mas eficaz
[0014] Preferiblemente, las bandas son compensadas para posiciones por encima y por debajo del plano principal que permiten una distribucion equilibrada de material.
Esto puede ser de importancia en un procedimiento de fabricacion en la reduccion de distorsion.
En este contexto tambien, se ha descubierto que es conveniente que las bandas puedan ser parcialmente compensadas para una primera posicion y parcialmente compensadas para una segunda posicion.
De esta manera, las longitudes de las bandas en una fila de bandas dada se pueden confeccionar para que todas sean iguales unas de las otras.
En este contexto, se puede hacer una distincion entre la longitud y la longitud absoluta de una banda.
La longitud absoluta de una banda se mide como la distancia a lo largo del contorno de la banda entre los puntos en los que la banda se conecta con la hoja.
La longitud puede ser la distancia directa entre estos dos puntos.
En una forma de realizacion preferida, la longitud de cada banda es alrededor de 10 mm mientras que la longitud absoluta puede ser alrededor de 12 mm.
Formando cada una de las aletas con la misma longitud absoluta, se pueden evitar, al menos parcialmente, las distorsiones en la placa debido a la formadon de las aletas en la placa.
[0015] Para optimizar las caracterfsticas de fluidez, cada banda esta preferiblemente distanciada en la direccion de flujo de una banda posterior con la misma compensacion de al menos tres veces el ancho de banda, mas preferiblemente, al menos cinco veces este ancho.
No pretendiendo imponer ninguna teorfa, se cree que el flujo se interrumpe reiteradamente por cada banda y la longitud limitada de la banda en la direccion de flujo limita el desarrollo de la capa lfmite.
De acuerdo con esta teorfa, las bandas estan dispuestas en la matriz y cada banda tiene una posicion elegida
cuidadosamente con respecto a sus vecinas.
La posicion de cada banda en la matriz es elige teniendo en cuenta las consideraciones siguientes.
[0016] Se cree que como un flujo de medios, por ejemplo gas, pasa sobre una banda, una capa lfmite se crea
gradualmente en el flujo en la superficie de la banda, esto crea lo que se conoce como flujo laminar.
Ya que la velocidad dentro de esta capa lfmite es menor que fuera, actua como un capa aislante que reduce una transferencia termica entre el cuerpo principal de los medios y la banda.
El resultado es una reduccion en transferencia termica, ya que el medio fluye a lo largo de la longitud de la banda.
En el caso de un refrigerador vaporizable, se cree que esta capa lfmite produce una capa de aire con alta humedad sobre la superficie de banda.
Esta capa tiene una capacidad reducida para absorber agua debido a su alta humedad.
Tambien previene el aire menos humedo del cuerpo principal de la corriente de aire que alcanza la superficie de banda para otra absorcion de agua.
Puede tratarse del mismo caso a la inversa para ruedas de recuperacion de calor y dispositivos de ese tipo.
En este caso, la capa lfmite puede prevenir la humedad en el flujo de aire que entra en buen contacto con el material matricial y su recubrimiento de desecante.
Por lo tanto, la presencia de tal capa lfmite es desventajosa porque reduce la absorcion de agua en refrigeradores vaporizables y previene la adsorcion de humedad en los dispositivos de desecante.
[0017] Para reducir el desarrollo de flujo laminar en el intercambiador termico, debido a la creacion de una capa lfmite en las superficies de banda, las bandas estan limitadas en longitud en la direccion de flujo.
En teorfa, la banda no deberfa ser mas larga que la longitud requerida para una capa lfmite para crecer a su grosor completo en la superficie de banda.
Una vez el aire o flujo de medios este mas alla de la banda, el flujo laminar vuelve gradualmente a regimen turbulento.
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Tomando esto en consideracion, las bandas que estan en fila en la direccion de flujo se distancian adecuadamente, de manera que cuando los medios alcancen el borde delantero de una banda aguas abajo, el flujo laminar creado por una banda aguas arriba volvera suficientemente a flujo turbulento, de modo que se puede producir nuevamente una buena transferencia termica.
Asimismo, esta banda aguas abajo esta limitada en longitud en la direccion de flujo y esta suficientemente distanciada de otra banda aguas abajo, de modo que el flujo turbulento se restablece antes de que los medios alcancen la siguiente banda aguas abajo.
De esta manera, el flujo de aislamiento laminar se evita suficientemente y se obtiene una buena transferencia termica entre los medios y bandas y/o se consigue una buena absorcion de agua de la superficie de banda.
Segun una forma preferida de la invencion, las bandas tienen un ancho de entre 1 mm y 5 mm, preferiblemente entre 1,5 mm y 3,0 mm.
En una forma de realizacion, las bandas tienen un ancho de aproximadamente 2,0 mm.
En general, todas las bandas seran del mismo ancho aunque este no tiene que ser el caso y se pueden usar bandas de anchos variables, p. ej. en zonas diferentes de la matriz.
[0018] Segun otra forma de realizacion preferida, la separacion, que es la distancia entre el borde frontal de una banda y el borde frontal de una banda que sigue inmediatamente en la direccion de flujo es al menos tres veces el ancho de banda.
Mas preferiblemente, esta puede ser de al menos cinco anchos de banda.
[0019] Ademas de la consideracion anterior, las bandas mas cercanas en una hoja adyacente deberfan estar suficientemente distanciadas para evitar una interferencia excesiva entre las capas lfmites de estas bandas mas cercanas.
Utilizando estas consideraciones, una matriz de hojas con bandas se puede apilar unida, por lo cual las filas de bandas estan suficientemente distanciadas en la direccion de flujo para evitar un flujo laminar y las bandas mas cercanas en capas adyacentes estan suficientemente distanciadas en la direccion perpendicular a la direccion de flujo para evitar una interferencia de capa lfmite excesiva.
[0020] En una forma de realizacion de la matriz, una pluralidad de espaciadores se pueden situar entre hojas adyacentes para mantener su relacion distanciada.
Los espaciadores tambien pueden proporcionar una funcionalidad adicional, tal como rigidez, fijacion mutua de las capas, separacion en los canales de flujo o regiones y suministro de lfquido.
Sin embargo, segun un aspecto importante de la invencion, las hojas se pueden apilar o enrollar unidas sin el uso de espaciadores.
En este caso, la compensacion de las bandas individuals puede ser suficiente para mantener las hojas aparte.
[0021] En otra forma de realizacion de la invencion, las bandas estan dispuestas en una pluralidad de filas que se extiende en la direccion de flujo, cada fila esta separada de una fila adyacente por una zona libre de banda.
La zona libre de banda puede asegurar un grado de estabilidad de la hoja en la medida en que esta define una pieza continua de hoja que no esta cortada ni deformada de otro modo.
La zona libre de banda tambien puede servir como una ubicacion para espaciadores.
[0022] Segun un aspecto importante de la invencion, las bandas estan provistas de una superficie de retencion de agua, preferiblemente, en ambas superficies de las mismas.
Los elementos de retencion de agua, como parte de la superficie de banda, tal como una superficie endurecida, se pueden conseguir por el grabado o tratamiento de superficie similar de las bandas para hacerlas de naturaleza mas hidrofflicas.
[0023] La superficie de retencion de agua puede ser alternativamente una capa separada que, por ejemplo, esta recubierta o adherida sobre las bandas.
En este aspecto, las bandas para uso de humidificacion o enfriamiento adiabatico se pueden distinguir de aquellas usadas en el enfriamiento por evaporacion indirecto.
En este ultimo caso, se creyo generalmente necesario tener ciertas areas de la superficie de intercambio termico libres de cualquier revestimiento para facilitar la transferencia de calor directo.
En el caso anterior, se puede preferir una cobertura completa de las bandas.
En el pasado, se ha descubierto que los materiales cementantes tales como cemento Portland son altamente deseables para su uso como capas de retencion de agua.
Alternativamente, se pueden utilizar materiales fibrosos.
[0024] En una forma de realizacion preferida, esta provista una superficie de retencion de agua flexible en la hoja en forma de un laminado.
Proporcionando una superficie de retencion de agua flexible, las propiedades deseadas como la distribucion espacial de la superficie de retencion de lfquido se pueden impartir a la hoja antes de la formacion.
Luego las bandas pueden estar convenientemente formadas en la forma deseada.
En una forma de realizacion deseable, la superficie de retencion de agua tiene una estructura abierta de manera que en el uso, un medio de intercambio termico puede contactar directamente con la superficie de banda a traves de la
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estructura abierta de la capa de retencion de agua.
De este modo, esta mejorada la capacidad del intercambiador termico para transferir tanto calor termico y calor latente a un medio fluido, fluyendo sobre este.
La estructura abierta puede comprender espacios entre las fibras de un material fibroso que forma la superficie de retencion de agua.
Tal material fibroso puede ser una capa tejida o no-tejida que tiene una estructura abierta.
[0025] El material fibroso se puede unir a la hoja o bandas por adhesivos u otros metodos similares.
Preferiblemente, el adhesivo y el material fibroso deberfa ser de manera que la delaminacion no se produjera en la formacion de la hoja en una forma deseada.
Donde se usa el adhesivo, el adhesivo se puede elegir para mejorar las propiedades de la banda o el capa de retencion de agua.
Asf el adhesivo se puede elegir por tener propiedades de retencion de agua o propiedades de conduccion de calor o ambas y asf se puede considerar que forma parte de cualquiera de estas capas.
[0026] Una forma de realizacion preferida de la invencion tiene una superficie de retencion de agua que comprende material que ha sido impreso, pulverizado o transferido sobre las bandas.
Este material impreso puede ser hidrofflico para retener el agua o se puede proporcionar en un modelo que actua para retener agua por tension superficial o accion capilar.
Tal modelo puede por ejemplo comprender regiones aisladas de material, las regiones aisladas se distancian por una distancia que permite la retencion de agua mientras se dejan partes de la banda subyacente abiertas al flujo de aire.
En lugar de o ademas de regiones aisladas de material, tambien se pueden proporcionar regiones entrelazadas que proporcionan la retencion de agua deseada.
La impresion de un material sobre las superficies de banda se puede producir por la impresion de inyeccion de tinta.
[0027] Segun una forma de realizacion particular de la invencion, la hoja comprende una capa de aluminio.
De hecho, la hoja puede ser predominantemente de aluminio p. ej. cubierta con capas de retencion de agua en ambas de sus superficies.
La hoja puede tener un grosor de entre 50 y 300 micras, preferiblemente entre 75 y 150 micras.
Para una hoja basada de aluminio, se ha descubierto un grosor de material de aluminio de alrededor de 70 micras suficiente para proporcionar fuerza optima y estabilidad a las bandas.
Si el aluminio se usa, puede estar preferiblemente recubierto con lacas adecuadas para prevenir la corrosion.
Se entiende que aunque el aluminio ofrece ventajas en cuanto a produccion, este puede no ser requerido necesariamente para fines de conduccion del calor.
Por ejemplo, tambien se pueden emplear otros materiales para formar la matriz, en particular, plasticos y materiales no metalicos.
[0028] De la forma mas preferible, la matriz de intercambio termico, segun la invencion, comprende una pluralidad de hojas de dimensiones similares apilada unida para formar un bloque como estructura.
Alternativamente, puede comprender una o mas hojas enrolladas juntas para formar una estructura cilfndrica o anular.
La forma exacta dependera del uso destinado y de la fabricacion de consideraciones, sin embargo, se ha descubierto que una dimension en la direccion de flujo de alrededor de 100 mm es suficiente para la mayorfa de HVAC.
Ademas, la densidad de las hojas se puede establecer de manera que se consigue un area de superficie total de la matriz de entre 500 m2/m3 y 800 m2/m3, preferiblemente ronda los 650 m2/m3.
En esta construccion preferida, el espaciado entre hojas adyacentes es alrededor de 2,0 mm, pero este puede ser generalmente entre 1 mm y 5 mm, preferiblemente entre 1,5 mm y 3,0 mm.
[0029] La invencion tambien se refiere a una hoja de intercambio termico para la formacion de tal matriz.
La hoja comprende bandas que cada una se extiende en una longitud de banda en la direccion transversal y estan separadas de cada banda vecina en la direccion de flujo, por lo cual cada banda esta compensada desde el plano principal por una distancia que es diferente de la de su vecina.
Se ha descubierto que tal hoja es altamente versatil en la formacion de matrices de intercambio termico en varias formas y configuraciones.
[0030] La invencion se refiere ademas a un metodo de fabricacion de tal matriz de intercambio termico u hoja, que comprende: proporcionar un suministro de material de hoja con primeras y segundas superficies de retencion de agua; pasar el material de hoja a traves de una estacion de corte para cortar la hoja para formar una pluralidad de bandas, cada banda tiene una longitud de banda que define una direccion transversal y cada banda esta separada por el corte de cada banda vecina en una direccion de flujo; y pasar la hoja de corte a traves de una estacion de formacion para compensar cada banda a partir de un plano principal de la hoja por una distancia que es diferente de la de su vecina.
[0031] El metodo es particularmente aplicable para una hoja de aluminio anillado blando que muestra la estabilidad
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necesaria y fuerza, y se puede cortar facilmente y formar de la manera descrita.
Preferiblemente, la hoja tiene un grosor de entre 50 y 300 micras, preferiblemente entre 75 y 150 micras, incluyendo cualquier recubrimiento o provisiones de retencion de agua.
[0032] Segun el metodo inventivo, la hoja se alimenta en la direccion transversal a traves de rodillos que se incorporan en la estacion de corte y la estacion de formacion.
Luego, la hoja trabajada se puede formar en una matriz separando secciones de hoja y apilando las secciones para formar una pila con capas multiples.
Alternativamente, la hoja se puede enrollar para formar un rollo con capas multiples.
Se pueden insertar espaciadores segun sea necesario entre las capas multiples para mantener sus espaciamientos respectivos o de otro modo mejorar la estabilidad.
[0033] Segun otro aspecto adicional de la invencion, un refrigerador vaporizable, refrigerador adiabatico o unidad de humidificacion puede comprender tal matriz de intercambio termico como se ha descrito anteriormente, retenida en un alojamiento con al menos una entrada de aire, una salida de aire y una disposicion ventiladora para dirigir aire a traves de la matriz en la direccion de flujo.
Adicionalmente, puede haber proporcionada una fuente de agua para la humidificacion de la matriz.
El dispositivo tambien se puede usar para la depuracion del aire o de otro modo la eliminacion de olores, polvo y otras sustancias indeseables de un flujo de aire.
En una forma preferida, realizado como un refrigerador adiabatico que comprende una fuente de agua para la humidificacion de la matriz, las bandas se extienden generalmente en vertical y el canal de flujo se extiende generalmente horizontalmente, la fuente de agua esta dispuesta para suministrar agua a un lado superior de la pluralidad de hojas, de manera que el agua puede fluir hacia abajo a lo largo de las bandas.
Tal configuracion permite una distribucion optima del agua abajo y a traves de la matriz.
En particular, en esta configuracion, los espaciadores proporcionados para mantener una distancia entre hojas adyacentes no deberfa extenderse en la direccion de flujo ya que esto impedirfa el flujo descendente de agua. Preferiblemente, se proporciona un espaciado por puntos pequenos o gotas de adhesivo o un polfmero adecuado entre hojas adyacentes.
Los puntos pueden tener una dimension maxima de alrededor de 1 cm.
[0034] Segun un aspecto alternativo, una rueda de recuperacion de calor puede comprender tal matriz de intercambio termico en forma de una hoja laminada, la rueda tiene un eje alineado con la direccion de flujo y, ademas, comprende una disposicion ventiladora para pasar el flujo de aire en la direccion axial a traves de la matriz, por lo cual las bandas estan provistas en su superficie por un material de desecante.
En este contexto, cabe senalar que un material de desecante es diferente de un material que es solo de retencion de agua en la medida que puede retener agua mediante mecanismos higroscopicos o qufmicos adicionales.
Por lo tanto, se puede hacer una distincion con materiales no desecantes de retencion de agua que retengan agua meramente por fenomenos de tension superficial o ffsica.
Breve descripcion de los dibujos
[0035] Las caracterfsticas y ventajas de la invencion se apreciaran en referencia a los dibujos siguientes de un numero de formas de realizacion ejemplares, donde:
La Figura 1 muestra un humidificador adiabatico convencional;
La Figura 2 muestra una vista de primer plano de parte del dispositivo de la figura 1;
La Figura 3 muestra una porcion de una matriz de intercambio termico, segun la presente invencion;
La Figura 3A muestra una vista detallada de parte de la matriz de la figura 3;
La Figura 3B muestra una vista en corte transversal tomada en la posicion Illb en la Fig. 3A La Figura 4 muestra una hoja segun una segunda forma de realizacion de la invencion;
La Figura 4A muestra una vista parcial de la hoja de la figura 4 tomada en la direccion de la flecha A La Figura 5 muestra una forma de realizacion de la invencion en forma de una rueda de recuperacion de calor;
La Figura 5A muestra una vista parcial de la matriz de la figura 5;
La Figura 6 muestra una forma de realizacion de la invencion como un elemento de refrigerador adiabatico; y La Figura 6A muestra una vista parcial de la matriz de la figura 6.
Descripcion de formas de realizacion ilustrativas
[0036] Fig. 1 muestra una disposicion de un humidificador adiabatico convencional 1 dispuesto para introducir humedad en una corriente de aire S. El humidificador comprende una matriz de intercambio termico 2 soportada por una formacion de alojamiento 4 que forma una entrada 6 y una salida 8 para la corriente de aire S. Ademas, se proporciona un controlador 10, un suministro de agua 12 y un ventilador 14.
[0037] Fig. 2 muestra un primer plano de una seccion de la matriz de intercambio termico 2.
Comprende una pluralidad de capas 20 de material corrugado que comprende fibras de celulosa impregnadas de resina.
Los capas 20 estan apiladas unidas, por lo cual las corrugaciones 22 en capas adyacentes cruzan una a otra a unos
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pasajes de flujo que forman el angulo 24.
La separacion de las corrugaciones es alrededor de 25 mm.
[0038] Un humidificador 1 como se muestra en la Fig. 1 y Fig. 2 se puede utilizar para refrescar relativamente, calentar aire para cerrar a su temperatura de bulbo humedo.
En el uso, la corriente de aire S que va a ser enfriada se suministra a la entrada 6.
En esta fase, el aire puede tener una temperatura T1 y tener baja humedad relative RH1.
Se suministra agua a la matriz 2 por el suministro de agua 12 causando que el material fibroso de las capas 20 se llene de humedad.
Como la corriente de aire S pasa a traves de los pasajes de flujo 24, esta arrastra humedad desde las superficies de las capas 20 que se evapora en la corriente de aire S. De este modo, la temperatura del aire se reduce y, por consiguiente, su humedad relativa aumenta.
La corriente de aire sale de la matriz 2 con una temperatura T2 y una humedad relativa RH2.
Si se evapora suficiente vapor acuoso, el aire llegara a su temperatura de bulbo humedo y estara completamente saturado con una humedad relativa de 100 %.
Aunque no se muestra, un eliminador de gotita se puede situar aguas abajo de la matriz 2 para eliminar gotitas de agua finas que pueden de otro modo ser arrastradas por la corriente de aire S.
[0039] Humidificadores convencionales como se han descrito anteriormente son relativamente voluminosos.
Para conseguir una humidificacion maxima, la longitud en la direccion de flujo es generalmente entre 200 mm y 300 mm, dependiendo de las condiciones tfpicas de humedad de aire de entrada.
El area frontal requerida es dependiente de la capacidad deseada y requiere alrededor de 0,14 m2 por cada 1000 m3/h.
[0040] Fig. 3 muestra una porcion de una matriz de intercambio termico 30, segun la presente invencion.
La matriz comprende una primera hoja 32 y una segunda hoja 34.
Las hojas 32, 34 definen cada una un plano principal P con una direccion de flujo F y una direccion transversal T.
Por la descripcion siguiente, una region de borde no deformado de las hojas se tomara como el nivel de referenda para el plano prindpal P. Cada hoja se divide en bandas 36 que estan parcialmente separadas desde las hojas 32, 34 por cortes 38 y que estan compensadas desde el plano principal por una distancia de compensacion d.
[0041] En la forma de realizacion de la figura 3, las bandas 36 se situan en una pluralidad de filas 40 alineadas en la direccion de flujo F.
Las bandas consecutivas en una fila 40 se designan como 36a, 36b y 36c.
Fig. 3A muestra una vista de la matriz 30 de la figura 3, tomada en la direccion A.
Como se puede ver, las bandas 36 estan compensadas para tres posiciones diferentes, es decir, la posicion cero (ubicada en el plano P) y a una distancia d1 sobre el plano y una distancia d2 por debajo del plano.
Asf, cada banda 36 esta separada de una banda vecina en la direccion de flujo F y compensada desde el plano principal P por una distancia que es diferente de la de su vecina.
[0042] Entre cada fila 40, se localiza una zona libre de banda 42 que tambien esta en el nivel del plano principal P. Los espaciadores 44 se situan en las zonas libres de banda 42, en este caso, en el centro y en los bordes de la matriz.
Los espaciadores 44 sirven para mantener las hojas 32 y 34 a una distancia unas de otras.
En la presente forma de realizacion, la distancia d1 es 2,0 mm como es la distancia d2.
La separacion de las hojas 32, 34 es 6,0 mm.
Ademas, el ancho w de cada banda 36 medida en la direccion de flujo F es 2,0 mm y la longitud l de las bandas 36 es 10 mm.
[0043] Fig. 3B muestra una vista en corte transversal del material de la hoja 32 tomada en la posicion B en la Fig. 3. Aunque la hoja 32 esta descrita, se entiende que la hoja 34 es identica sustancialmente.
La hoja 32 comprende una capa primaria 46 de aluminio anillado blando con un grosor de 70 micras.
En cada superficie, la capa primaria 48 esta recubierta con una capa protectora 50 de cebador de PVC o similar.
La capa protectora 50 tambien es termos ell able y puede utilizarse para unir partes de hoja juntas o para otros elementos durante la construccion, si se requiere.
El capa mas exterior en ambas superficies de la hoja 32 es una capa de retencion de agua 52.
Cabe destacar que el grosor de estas capas se muestra esquematicamente y, de hecho, puede variar considerablemente de forma relativa uno con respecto a otro..
[0044] Un factor importante para la operacion eficaz de un refrigerador vaporizable es la naturaleza de la capa de retencion de agua 52.
Aunque se hace referencia a una capa de retencion de agua, se entiende claramente que la capa, de hecho, es una capa de retencion y de liberacion de agua, sin unirla qufmicamente.
Un requisito de tal capa es que esta deja facilmente su agua, de manera que se encuentra una resistencia minima para la evaporacion.
Tambien es importante que esta deberia distribuir agua rapidamente y eficazmente a todas las superficies
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pertinentes.
Asf, deberfa ser hidrofflica sin ser higroscopica, preferiblemente, manteniendo el agua principalmente por efectos de tension superficial.
[0045] En la presente forma de realizacion, la capa de retencion de agua 52 se forma a partir de un material fibroso. Un material ejemplar para la formacion de la capa de retencion de agua 30 es una mezcla 20g/m2 poliester/viscosa 50/50, disponible de Lantor B.V. en los Pafses Bajos.
Otro material ejemplar es una fibra de poliester recubierta de 30g/m2 de poliamida disponible bajo el nombre de Colback™ de Colbond N.V. en los Pafses Bajos.
Tambien se pueden usar, otros materiales que tienen propiedades similares incluyendo fibras sinteticas y naturales, tales como lana.
Donde sea necesario, la capa de retencion de agua 52 puede estar recubierta o tratada de otro modo para proporcionar propiedades anti bacterianas u otras propiedades anti contaminacion.
[0046] La capa de retencion de agua 52 esta fijada mediante adhesivo a la capa protectora 50, utilizando una capa 2 de micra de adhesivo de poliuretano de dos componentes.
El laminado resultante se ha descubierto que es ideal para los fines de fabricacion, ya que este se puede formar y cortar en la forma deseada en un proceso continuo sin una delaminacion sustancial.
Tambien se pueden usar otras capas de retencion de agua, tales como cemento Portland y aunque, de hecho, se ha descubierto que hasta ahora proporcionan propiedades superiores, su produccion es mas compleja ya que hay una tendencia a rajarse o desconcharse, si se aplican antes de la formacion de la matriz.
Sin embargo, se cree que finaliza otra superficie y que los mismos tratamientos tales como oxido de aluminio pueden ser adecuados para la provision de la retencion de agua y mecha requeridos.
[0047] En el uso, la matriz 30 se puede proporcionar en un bloque que comprende capas multiples y se puede situar en un alojamiento 4, como se describe en relacion con la Fig 1, tomando la posicion de la matriz convencional 2. Segun la invencion, el tamano total del alojamiento para un enfriamiento dado y la corriente de aire se puede reducir o, alternativamente, se puede proporcionar una corriente de aire considerablemente superior para un alojamiento del mismo tamano.
[0048] Fig. 4 muestra una segunda forma de realizacion de la invencion, donde se utilizan el tipo de numeros precedidos de 100 para designar elementos similares a los de la primera forma de realizacion.
La hoja 132 define un plano principal P con una direccion de flujo F y un en direccion transversal T.
En esta forma de realizacion, la hoja 132 se divide en bandas 136A-J separadas entre si en la direccion de flujo F por cortes 138 y en bandas adyacentes 136 en la direccion transversal T por zonas libres de banda 142.
Cada banda 136 tiene un contorno corrugado que comprende una primera porcion 135A-J compensada para un lado del plano P y una segunda porcion 137A-J esta compensada para el lado opuesto del plano o esta en el mismo plano (cero compensacion).
En todos, las partes de banda 135, 137 estan compensadas para 9 posiciones diferentes con respecto al plano principal P. Cada porcion de banda 135, 137 esta compensada para una posicion diferente con respecto a una porcion de banda vecina 135, 137 en la direccion de flujo F.
El material de banda es el mismo que se describe en relacion con la Fig. 3.
[0049] Fig. 4A muestra una vista parcial de una porcion de la hoja 132 de la figura 4 tomada en la direccion de flecha A donde las partes de banda diferentes 135 A-J, 137 A-J se pueden ver claramente.
Como resultado de las partes de banda 135, 137 estando compensadas para posiciones diferentes, se puede conseguir que cada una de las bandas 136 tenga la misma longitud absoluta L como se ha medido a lo largo de su contorno.
Esto tiene la ventaja de que cuando las bandas 136 se cortan a partir de una hoja continua, en general, habra relativamente una pequena deformacion de la hoja y las zonas libres de banda 142 se extenderan en una lfnea recta.
[0050] Fig. 5 divulga una forma de realizacion de la invencion, donde a la hoja 132 se le da la forma de una rueda de recuperacion de calor 160.
La hoja 132 se enrolla de forma continua para formar una matriz 130 con forma de un rollo.
La matriz 130 se soporta dentro de un alojamiento 104 para la rotacion por un motor 107.
El flujo tiene lugar a traves de la rueda en ambas direcciones Ff hacia adelante y atras Fr.
[0051] Fig. 5A muestra una vista parcial de la matriz 130 de la figura 5.
En esta forma de realizacion, las capas consecutivas de la hoja 132 se extienden en la parte superior una de la otra sin espaciadores entremedios.
Debido a las numerosas compensaciones diferentes de las porciones de banda 135, 137, las hojas 132 estan eficazmente distanciadas entre si por la interaccion de porciones de banda de las capas vecinas.
Tambien cabe destacar que las zonas libres de banda 142 no estan situadas encima una de la otra, por lo cual la zona libre de banda en cada capa adyacente forma un canal parcial para el flujo de aire.
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[0052] Ademas, en la forma de realizacion de la figura 5A la capa de retencion de agua (no mostrada) es un recubrimiento de desecante del tipo generalmente usado para ruedas de desecante.
Esta capa puede ser, por ejemplo, un tipo X o tipo Y, zeolita, sflice, alumina o una mezcla de las mismas con un comportamiento isotermico modificado o cualquier otro material adecuado como se describe para este fin en la US 5860284, el contenido de la cual esta incorporado aquf por referencia en su integridad.
En uso, la rueda 160 de la figura 5, puede operar de la misma manera como una rueda de desecante convencional con la ventaja de una bajada de presion relativamente baja para un tamano dado de la rueda 160 y velocidad de flujo.
[0053] La Figura 6 muestra una forma de realizacion de la invencion como un elemento de refrigerador adiabatico 201 que comprende una matriz 230 como se ha descrito anteriormente retenida por un alojamiento 204.
Un canal de distribucion de agua 212 a lo largo del lado superior del elemento 201 provee orificios de paso de agua 213 que fluye hacia abajo a lo largo de las bandas 236.
Se puede suministrar agua al canal 212 por un sistema de bomba u otro adecuado.
La corriente de aire en la direccion de flujo F ayuda en el transporte del agua a traves de la matriz 230. Adicionalmente, la presencia de la capa de retencion de agua que cubre las hojas 232 estimula la mecha del agua a todas las regiones de la matriz 230.
Las hojas 232 estan distanciadas entre si por puntos de material de blancos 244 que comprenden una espuma de adhesivo PU.
Ejemplo
[0054] Se construyo y evaluo una matriz como se ha descrito anteriormente segun la Fig. 4.
Se efectuaron pruebas similares en un material matricial convencional CELDEK™ 5090-15 disponible de Munters AB.
Cabe destacar que el area de superficie de material por unidad de volumen es comparable para ambos materiales. Las pruebas fueron efectuadas segun un estandar australiano (AS 2913-2000), por lo cual el aire de suministro tiene una temperatura de bulbo seco de 38 °C y una temperatura de bulbo humedo de 21 °C (21% humedad relativa).
La eficiencia de saturacion es la reduccion de temperatura real del aire de suministro (T dentro - T fuera) con respecto a la bajada de temperatura que se requerirfa para alcanzar la temperatura de bulbo humedo (T bulbo humedo dentro).
Eficiencia de saturacion= (T dentro - T fuera) / (T dentro- T bulbo humedo dentro)
[0055] Los resultados proporcionados en la tabla 1 de abajo muestran:
• Para la misma velocidad de flujo y el mismo volumen, como el ejemplo, el material comparative tiene un 9 % de eficiencia de bubo humedo inferior y un 89 % de mayor bajada de presion;
• Si la longitud del material comparative aumenta para conseguir la misma eficiencia en la misma velocidad de flujo, como el ejemplo, se requiere un 44 % mas de material y la bajada de presion sera un 164 % mas alta;
• Con la misma longitud, como el ejemplo, la velocidad de flujo para el material comparative debe ser reduada a alrededor de 1,8 m/s para conseguir la misma bajada de presion.
Para este 39 %, se requeire mas material en volumen y la eficiencia de buldo humedo es un 6 % menor;
• Si la longitud del material comparativo aumenta y la velocidad de flujo se ajusta, de manera que la bajada de presion y eficiencia de bulbo humedo sean comparables a las del ejemplo, se requiere un 122 % mas de material en volumen.
Tabla 1
Longitud mm Velocidad de flujo m/s Volumen relativo % Eficiencia de bubo humedo % Bajada de presion Pa Superficie area/vol m2/m3
Ejemplo
90 2,5 100 90 53 652
Material comparative - misma longitud y velocidad de flujo
90 2,5 100 81 100 588
Material comparativo - misma eficiencia y velocidad de flujo
130 2,5 144 90 140 588
Material comparativo -misma longitud y bajada P
90 1,8 139 84 53 588
Material comparativo - misma eficiencia y bajada P
120 1,5 222 90 53 588
[0056] Asf, la invencion se ha descrito por referencia a ciertas formas de realizacion, como se ha mencionado anteriormente.
Se reconocera que estas formas de realizacion son susceptibles de varias modificaciones y formas alternativas bien 5 conocidas por los expertos en la tecnica.
[0057] Ademas de las modificaciones anteriormente descritas, se pueden realizar muchas otras a las estructuras y tecnicas descritas aquf sin apartarse del alcance de las reivindicaciones.
Por consiguiente, aunque se han descrito formas de realizacion especfficas, estas son solo ejemplos y no son 10 limitativas sobre el alcance de las reivindicaciones.

Claims (15)

  1. 5
    10
    15
    20
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    30
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    1. Refrigerador vaporizable, refrigerador adiabatico o unidad de humidificacion que comprende:
    una matriz de intercambio termico (30) que define un unico canal de flujo y que comprende una pluralidad de hojas planas generalmente (32, 34) que comprende un material de retendon de agua,
    una relacion dispuesta de forma distanaada, sustancialmente paralela y una pluralidad de espaciadores (44) situados entre hojas adyacentes para mantener su relacion distanciada, cada hoja define un plano principal con una direccion de flujo y una direccion transversal,
    un alojamiento (4) con al menos una entrada de aire (6), una salida de aire (8), la matriz situada en el alojamiento; una disposiaon ventiladora (14) para dirigir aire a traves de la matriz en la direccion de flujo; y una fuente de agua (12) para la humidificacion de la matriz,
    caracterizado por el hecho de que las hojas comprenden bandas (36) que se extienden en una longitud de banda en la direccion transversal y estan separadas de cada banda vecina en la direccion de flujo y cada banda esta compensada del plano principal por una distancia que es diferente de la de su vecina.
  2. 2. Dispositivo, segun la reivindicacion 1, donde las bandas estan compensadas para las posiciones anterior y posterior del plano principal, preferiblemente, al menos, cuatro posiciones diferentes.
  3. 3. Dispositivo, segun la reivindicacion 1 o reivindicacion 2, donde las bandas son generalmente paralelas al plano principal.
  4. 4. Dispositivo, segun cualquier reivindicacion precedente, donde cada banda esta parcialmente compensada para una primera posicion y parcialmente compensada para una segunda posicion.
  5. 5. Dispositivo, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde cada banda tiene un ancho en la direccion de flujo y una primera banda esta distanciada en la direccion de flujo a partir de una banda posterior con la misma compensacion por al menos tres veces el ancho, mas preferiblemente al menos cinco veces el ancho.
  6. 6. Dispositivo, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde las bandas estan dispuestas en una pluralidad de filas que se extiende en la direccion de flujo, cada fila esta separada de una fila adyacente por una zona libre de banda y los espaciadores preferiblemente se extienden a lo largo de las zonas libres de banda.
  7. 7. Dispositivo, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el material de retencion de agua comprende una capa de retencon de agua aplicada a las bandas, preferiblemente, en ambas superficies de las mismas.
  8. 8. Dispositivo, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde las bandas tienen un ancho de entre 1 mm y 5 mm, preferiblemente entre 1,5 mm y 3,0 mm.
  9. 9. Dispositivo, segun cualquiera de las reivindicaaones anteriores, donde la hoja tiene un grosor de entre 50 y 300 micras, preferiblemente entre 75 y 150 micras, y preferiblemente comprende una capa de aluminio.
  10. 10. Dispositivo, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la matriz de intercambio termico comprende una pluralidad de hojas de dimensiones similares apiladas unidas para formar un bloque como estructura.
  11. 11. Dispositivo, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde la matriz de intercambio termico comprende una o mas hojas enrolladas unidas para formar una estructura cilfndrica o anular.
  12. 12. Dispositivo, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde un espaciado entre hojas adyacentes es de entre 1 mm y 5 mm, preferiblemente entre 1,5 mm y 3,0 mm.
  13. 13. Metodo de fabricacion de un dispositivo, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, que comprende: proporcionar un suministro de material de hoja con primeras y segundas superficies de retencion de agua; pasar el material de hoja a traves de una estacion de corte para cortar la hoja para formar una pluralidad de bandas, cada banda tiene una longitud de banda que define una direccion transversal y cada banda esta separada por el corte de cada banda vecina en una direcaon de flujo;
    pasar la hoja de corte a traves de una estaaon de formacion para compensar cada banda de un plano princpal de la hoja por una distancia que es diferente de la de su vecina;
    separar secciones de hoja y apilar las seccones para formar una pila con capas multiples o enrollar la hoja para formar un rollo con capas multiples; e
    insertar espaciadores entre las capas multiples para mantener sus espaciamientos respectivos mientras se mantiene un canal unico.
  14. 14. Refrigerador adiabatico, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, donde las bandas se extienden generalmente en vertical y el canal de flujo se extiende generalmente en horizontal, la fuente de agua esta dispuesta
    para suministrar agua en un lado superior de la pluralidad de hojas, de manera que el agua puede fluir hacia abajo a lo largo de las bandas.
  15. 15. Refrigerador adiabatico, segun la reivindicacion 14, donde las hojas estan distanciadas entre si por espaciadores 5 con extension limitada en la direccion de flujo, preferiblemente, comprenden puntos de material polimerico con una dimension en el plano principal de las hojas de menos de 1 cm.
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