ES2734074T3 - Aparato híbrido intercambiador de calor y procedimientos de funcionamiento del mismo - Google Patents

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Abstract

Un aparato intercambiador de calor híbrido (100), que comprende: un recipiente (4) que tiene una pared superior (4a), una pared inferior (4b) y una pluralidad de paredes laterales (4c) conectadas a la pared superior e inferior para formar una cámara en general en forma de caja (14), teniendo la cámara (14) una porción de cámara de depósito de agua (14a) definida, en parte, por la pared inferior (4b) para contener agua de refrigeración por evaporación, una porción de cámara de salida (14b) definida, en parte, por la pared superior (4a) y una porción de cámara central (14c) definida, en parte, entre las paredes opuestas de las paredes laterales (4c) y situadas entre la porción de cámara de depósito de agua (14a) y la porción de cámara de salida (14b), formándose la pared superior con una salida de aire (16) en comunicación con la porción de cámara de salida (14b), al menos una pared lateral formada con una entrada de aire (18) en comunicación con la porción de cámara central (14c); un dispositivo intercambiador de calor (6); un sistema de distribución de agua de refrigeración (8) que tiene al menos un colector de distribución de agua (24) que se extiende a través de la porción de cámara central (14c) y está dispuesto por encima del dispositivo intercambiador de calor (6) y adyacente al mismo y al menos una bomba (26a, 26b) operativa para bombear el agua de refrigeración por evaporación desde la porción de cámara de depósito de agua (14a) hasta y a través del colector de distribución de agua (24) distribuyendo de este modo el agua de refrigeración por evaporación en el dispositivo intercambiador de calor (6); y un mecanismo de flujo de aire (10) operativo para causar que el aire ambiente fluya a través del aparato híbrido intercambiador de calor desde la entrada de aire (18), a través del dispositivo intercambiador de calor (6) y del colector de distribución de agua (24) y a través de la salida de aire (16); caracterizado por que el dispositivo intercambiador de calor está dispuesto en la porción de cámara central (14c) y se extiende a través de la misma adyacente a la porción de cámara de salida (14b) y debajo de la misma y operativo para transportar el fluido caliente a través de una fuente de fluido caliente (22); y por que el intercambiador híbrido de calor comprende: una partición (38) para dividir verticalmente al menos el dispositivo intercambiador de calor de modo que, cuando el dispositivo híbrido intercambiador de calor esté en el modo híbrido húmedo/seco, la porción húmeda (6a) del dispositivo de intercambio de calor y la porción seca restante (6b) del dispositivo intercambiador de calor estén delineados; y un controlador operativo para causar que el aparato intercambiador de calor funcione en uno de un modo húmedo, de un modo seco y de un modo híbrido húmedo/seco, de modo que: en el modo húmedo, se activen tanto el mecanismo de flujo de aire (10) como el sistema de distribución de agua de refrigeración (8), lo que da como resultado que el aire ambiente fluya a través del dispositivo intercambiador de calor (6) y el agua de refrigeración por evaporación se 35 distribuya sobre el dispositivo de intercambio de calor y a través del mismo para generar aire húmedo y caliente que posteriormente salga por la salida de aire (16), en el modo seco, solamente se active el mecanismo de flujo de aire (10) mientras el sistema de distribución de agua de refrigeración (8) está desactivado, dando como resultado que el aire ambiente fluya a través del dispositivo intercambiador de calor (6) sin que se distribuya el agua de refrigeración por evaporación sobre el dispositivo intercambiador de calor (6) y a través del mismo para generar aire seco y caliente que posteriormente salga por la salida de aire (16), y en el modo híbrido húmedo/seco, se activen tanto el mecanismo de flujo de aire (10) como el sistema de distribución de agua de refrigeración (8), de modo que el sistema de distribución de agua de refrigeración (8) distribuya agua de refrigeración por evaporación a través del dispositivo intercambiador de calor de manera que humedezca solamente una porción (6a) del dispositivo intercambiador de calor mientras que se seca una porción restante (6b) del dispositivo intercambiador de calor y simultáneamente el mecanismo de flujo de aire (10) causa que el aire ambiente fluya a través del dispositivo intercambiador de calor para generar aire húmedo y caliente a partir del aire ambiente que fluye a través de la porción húmeda (6a) del dispositivo intercambiador de calor y aire caliente y seco a partir del aire ambiente que fluye a través de la porción seca restante (6b) del dispositivo intercambiador de calor.

Description

DESCRIPCIÓN
Aparato híbrido intercambiador de calor y procedimientos de funcionamiento del mismo
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un aparato híbrido intercambiador de calor. Más en particular, la presente invención está dirigida a un aparato híbrido intercambiador de calor que funciona en un modo seco, en un modo húmedo y en un modo híbrido húmedo/seco a fin de conservar agua y, posiblemente, reducir el penacho.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Los intercambiadores de calor son bien conocidos en la técnica. A modo de ejemplo, un intercambiador de calor 2 convencional, algunas veces denominado "refrigerador de circuito cerrado", se ilustra esquemáticamente en las Figuras 1 y 2. El intercambiador de calor 2 incluye un recipiente 4, un dispositivo intercambiador de calor 6, un sistema de distribución de agua de refrigeración 8, un mecanismo de flujo de aire tal como un montaje de ventilador 10 como se ilustra y un controlador 12. El recipiente 4 tiene una pared superior 4a, una pared inferior 4b y una pluralidad de paredes laterales 4c. La pluralidad de paredes laterales 4c están conectadas entre sí y conectadas a la pared superior 4a y a la pared inferior 4b para formar una cámara en general en forma de caja 14. La cámara 14 tiene una porción de cámara de depósito de agua 14a, una porción de cámara de salida 14b y una porción de cámara central 14c. La porción de depósito de agua 14a se define por la pared inferior 4b y por las porciones inferiores de las paredes laterales 4c. La porción de depósito de agua 14a contiene agua de refrigeración por evaporación CW. La porción de cámara de salida 14b se define por la pared superior 4a y por las porciones superiores de las paredes laterales 4c. La porción de cámara central 14c se define entre las porciones centrales de las paredes laterales conectadas 4c y se sitúa entre la porción de cámara de depósito de agua 14a y la porción de cámara de salida 14b. La pared superior 4a se forma con una salida de aire 16. La salida de aire 16 está en comunicación fluida con la porción de cámara de salida 14b. También, para este intercambiador de calor 2 convencional particular, cada una de las paredes laterales 4c se forma con una entrada de aire 18 en comunicación con la porción de cámara central 14c. Una pluralidad de módulos de rejilla 20 están montados en las paredes laterales 4c en las respectivas entradas de aire 18. La pluralidad de módulos de rejilla 20 están dispuestos adyacentes a la porción de cámara de depósito de agua 14a y encima de la misma, y están operativos para permitir que el aire ambiente, representado como flechas de ENTRADA de Aire Frío, entre en la porción de cámara central 14c.
El dispositivo intercambiador de calor 6 está dispuesto en la porción de cámara central 14c y se extiende a través de la misma adyacente a la porción de cámara de salida 14b y debajo de la misma. El dispositivo intercambiador de calor 6 está operativo para transportar un fluido caliente, representado como una flecha de ENTRADA de Fluido Caliente, a través de una fuente de fluido caliente 22. Un experto en la técnica apreciaría que el fluido caliente podría ser agua, un refrigerante, vapor u otro fluido gaseoso o líquido conocido en la técnica para refrigerarse por un dispositivo intercambiador de calor. La ENTRADA de Fluido Caliente sale del dispositivo intercambiador de calor 6 como fluido frío, representado como una flecha de SALIDA de Fluido Frío. Aunque se puede usar un único dispositivo intercambiador de calor 6 en cualquier intercambiador de calor 2 convencional, este dispositivo intercambiador de calor 6 incluye un primer componente de intercambiador de calor 6a convencional y un segundo componente de intercambiador de calor 6b convencional yuxtapuestos y en comunicación fluida con el primer componente de intercambiador de calor 6a. También, como alternativa, un intercambiador de calor 2 convencional podría tener un dispositivo intercambiador de calor 6 con un primer componente de intercambiador de calor 6b y un segundo componente de intercambiador de calor 6b que estén aislados fluidamente entre sí. Un tubo conector 22 interconecta los primer y segundo componentes de intercambiador de calor 6a y 6b de modo que el primer componente de intercambiador de calor 6a y el segundo componente de intercambiador de calor 6b están en comunicación fluida en serie entre sí. Sin embargo, el primer componente de intercambiador de calor 6a y el segundo componente de intercambiador de calor 6b se pueden conectar en comunicación fluida paralela entre sí o, de forma alternativa, el primer componente de intercambiador de calor 6a y el segundo componente de intercambiador de calor 6b se pueden desconectar entre sí y se consideran luego en aislamiento fluido entre sí.
Como se muestra en las Figuras 1 y 2, tanto el primer como el segundo componente de intercambiador de calor 6a y 6b son estructuras de tubo. El primer dispositivo intercambiador de calor 6a es un único tubo continuo 34 que tiene una configuración en serpentín con secciones rectas de tubo 34a que tiene una pluralidad de aletas 36 representadas por los guiones verticales. La estructura de tubo del segundo dispositivo intercambiador de calor 6b incluye una pluralidad de secciones rectas de tubo descubierto 34a, es decir, secciones de tubo sin aletas, en una configuración recta que interconecta una caja de entrada de cabecera 44a y una caja de salida de cabecera 44b.
El sistema de distribución de agua de refrigeración 8 incluye un colector de distribución de agua 24 que se extiende a través de la porción de cámara central 14c y está dispuesto por encima del dispositivo intercambiador de calor 6 y adyacente al mismo. En un estado de ENCENDIDO de Bomba, una bomba 26 está operativa para bombear el agua de refrigeración por evaporación CW desde la porción de cámara de depósito de agua 14a hacia el colector de distribución de agua 24 y a través del mismo. Por tanto, el agua de refrigeración por evaporación CW se distribuye sobre el dispositivo intercambiador de calor 6 como se representa por las gotas de agua 28 en la Figura 2. Cuando las gotas de agua 28 caen hacia abajo sobre el dispositivo intercambiador de calor 6 y en la porción de cámara de depósito de agua 14a, el intercambiador de calor 2 convencional está en un modo HÚMEDO como se ilustra en la Figura 2. De forma correspondiente, con la bomba en el estado de APAGADO de Bomba, no caen gotas de agua 28 hacia abajo y, por tanto, el intercambiador de calor 2 está en un modo SECO como se ilustra en la Figura 1.
Como se ilustra en las Figuras 1 y 2, el sistema de distribución de agua de refrigeración 8 incluye una pluralidad de boquillas pulverizadoras 30. Las boquillas pulverizadoras 30 están conectadas y están en comunicación fluida con el colector de distribución de agua 24 de modo que la bomba 26 bombea el agua de refrigeración por evaporación CW al colector de distribución de agua 24 y a través de las boquillas pulverizadoras 30. Sin embargo, un experto en la técnica apreciaría que, en lugar de las boquillas pulverizadoras 30, el sistema de distribución de agua de refrigeración 8 podría incluir una disposición de rebosadero, una disposición de goteo o alguna otra disposición de distribución de agua de refrigeración conocida en la técnica.
Además, en las Figuras 1 y 2, el intercambiador de calor 2 incluye una estructura eliminadora 32 que se extiende a través de la cámara 14 y está dispuesta entre el colector de distribución de agua 24 y la salida de aire 16. La estructura eliminadora 32 se sitúa de manera que la porción de cámara de salida 14b de la cámara 14 está dispuesta por encima de la estructura eliminadora 32 y la porción de cámara central 14c de la cámara 14 está dispuesta por debajo de la estructura eliminadora 32.
En un estado de ENCENDIDO de Ventilador mostrado en ambas Figuras 1 y 2, el montaje de ventilador 10 está operativo para causar que el aire ambiente representado por las flechas de ENTRADA de Aire Frío fluya a través del intercambiador de calor 2 desde la entrada de aire 18, a través del dispositivo intercambiador de calor 6 y del colector de distribución de agua 24 y a través de la salida de aire 16. Como se muestra en la Figura 1, en el modo SECO, el aire seco y caliente representado por la flecha de SALIDA de Aire Caliente y Seco fluye hacia fuera por la salida de aire 16. Como se muestra en la Figura 2, en el modo HÚMEDO, el aire húmedo y caliente representado por la flecha de SALIDA de Aire Húmedo y Seco fluye hacia fuera de la salida de aire 16. Como se conoce en la técnica, el montaje de ventilador 10 mostrado en las Figuras 1 y 2 es un sistema de tiro inducido para inducir que el aire ambiente fluya a través del recipiente 4 como se ilustra.
El controlador 12 está operativo para activar o desactivar selectivamente el sistema de distribución de agua de refrigeración 8 y el montaje de ventilador 10 al conmutar automática o manualmente el sistema de distribución de agua de refrigeración 8 y el montaje de ventilador 10 entre sus respectivos estados de ENCENDIDO y APAGADO a fin de causar que el intercambiador de calor 2 funcione en el modo HÚMEDO o en el modo SECO. El controlador 12 podría ser un dispositivo electromecánico, un dispositivo electrónico hecho funcionar por software o incluso por un operario humano. En la Figura 1, para que el intercambiador de calor 2 esté en el modo SECO, el controlador 12 conmuta el montaje de ventilador 10 al estado de ENCENDIDO de Ventilador y la bomba 26 al estado de APAGADO de Bomba. En la Figura 2, para que el intercambiador de calor 2 esté en el modo HÚMEDO, el controlador 12 conmuta el montaje de ventilador 10 al estado de ENCENDIDO de Ventilador y conmuta la bomba 26 al estado de ENCENDIDO de Bomba. Más en particular, en el modo HÚMEDO, se activan tanto el montaje de ventilador 10 como el sistema de distribución de agua de refrigeración 8, lo que da como resultado que el aire ambiente (flechas de ENTRADA de Aire Frío) fluya a través del dispositivo de intercambio de calor 6 y que el agua de refrigeración por evaporación CW se distribuya sobre el dispositivo intercambiador de calor 6 y a través del mismo para generar el aire húmedo y caliente (flecha de SALIDA de Aire Húmedo y Caliente en la Figura 2) que salga a través de la salida de aire 16. Y, en el modo SECO, solamente se activa el montaje de ventilador 10 mientras que el sistema de distribución de agua de refrigeración 8 está desactivado, lo que da como resultado que el aire ambiente (flechas de ENTRADA de Aire Frío) fluya a través del dispositivo intercambiador de calor 6, sin el agua de refrigeración por evaporación CW distribuyéndose sobre el dispositivo intercambiador de calor 6 y a través del mismo, para generar aire caliente y seco (flecha de SALIDA de Aire Seco y Caliente en la Figura 1) que posteriormente sale a través de la salida de aire 16.
Típicamente, durante los meses de verano, el intercambiador de calor 2 funciona en el modo HÚMEDO y, durante los meses de invierno, el intercambiador de calor 2 funciona en el modo SECO. Algunas veces, durante los meses de primavera y otoño, las condiciones ambientales causan que se condense el aire húmedo y caliente que salga del intercambiador de calor, formando de este modo un penacho visible P de condensado de agua. El público en general percibe algunas veces erróneamente este penacho visible P de condensado de agua como humo contaminante del aire. También, algunas personas, que saben que este penacho P es simplemente condensado de agua, creen que las diminutas gotas de agua que constituyen el penacho visible P podrían contener bacterias que causen enfermedades. Como resultado, es indeseable un intercambiador de calor que arroje un penacho visible P de condensado de aire.
Existen dos limitaciones en los intercambiadores de calor que aborda la presente invención. En primer lugar, en particular en climas fríos, los refrigeradores de circuito cerrado pueden emitir penachos cuando el aire húmedo y caliente que se descarga de la unidad se encuentre con el aire seco y frío del ambiente. El público en general percibe algunas veces erróneamente este penacho visible de condensado de agua como humo contaminante del aire. En segundo lugar, el agua se considera un recurso escaso y valioso en ciertas regiones. En ciertos aspectos de la presente invención, existe una capacidad incrementada para realizar las funciones de refrigeración en un modo SECO, donde se necesita poca o ninguna agua para lograr la función de refrigeración.
Un experto en la técnica apreciaría que las vistas esquemáticas proporcionadas en el presente documento son figuras representativas de dibujos que representan un único intercambiador de calor como se describe en el presente documento o un banco de intercambiadores de calor.
Sería beneficioso proporcionar un intercambiador de calor que conserve agua. También sería beneficioso proporcionar un aparato intercambiador de calor que también podría inhibir la formación de un penacho de condensado de agua. La presente invención proporciona estos beneficios.
El documento US 6.142.219 divulga un sistema y un procedimiento para extraer calor. Se proporcionan tres secciones de intercambio de calor: una sección de intercambio de calor de contacto indirecto seco; una segunda sección de intercambio de calor de contacto indirecto que se puede hacer funcionar en un modo húmedo o seco; y una sección de intercambio de calor de contacto directo. Como refrigerador de fluidos, una vía de flujo de conexión conecta la sección de intercambio de calor de contacto indirecto seco a la segunda sección de intercambio de calor de contacto indirecto. Una vía de flujo de derivación se extiende desde la sección de intercambio de calor de contacto indirecto seco hasta la salida de fluido del proceso. Una válvula moduladora está en la salida de modo que el fluido del proceso se pueda extraer de forma selectiva solo de la sección de intercambio de calor de contacto indirecto seco, de la segunda sección de intercambio de calor de contacto indirecto en serie con la sección de intercambio de calor de contacto indirecto seco, o de ambas segundas secciones de intercambio de calor de contacto indirecto y mixto. Las corrientes de aire separadas pasan a través de las segundas secciones de intercambio de calor de contacto directo e indirecto antes de entrar en la sección de intercambio de calor de contacto indirecto seco. Como condensador, el fluido de proceso se dirige a la sección de intercambio de calor de contacto indirecto seco sola o a la segunda y a las secciones de intercambio de calor de contacto indirecto seco y en paralelo mediante válvulas en las líneas de suministro de fluido de proceso. El sistema se puede hacer funcionar en diferentes modos para extraer calor del fluido del proceso de la forma más eficaz con respecto al consumo anual de agua. A bajas temperaturas, el sistema funciona en seco con extracción de calor primaria realizada por la sección de intercambio de calor de contacto indirecto seco. A temperaturas más altas, las corrientes de aire se pueden saturar adiabáticamente con líquido por evaporación para refrigerar previamente por debajo de la temperatura del bulbo seco antes de entrar en la sección de intercambio de calor de contacto indirecto seco. A temperaturas aún más altas, el aparato se puede hacer funcionar en un modo húmedo con la extracción de calor primaria realizada por la segunda sección de intercambio de calor de contacto indirecto.
El documento DE 2840 317 divulga un cuerpo de contacto de gas/líquido que tiene una pluralidad de láminas espaciadas, cuyos bordes superiores se forman con porciones dirigidas hacia afuera que cooperan para subdividir la parte superior del cuerpo de contacto en al menos dos grupos de aberturas, cuyo grupo se comunica con solo cada segundo canal entre láminas. De esta manera, cuando se sitúe en un refrigerador por evaporación que tenga conductos para el suministro de agua, el cuerpo de contacto se puede situar de modo que solamente cada otro canal reciba agua del conducto, con lo que el aire que pase a través del canal seco se calentará y se mezclará con el aire húmedo que pase a través de los canales húmedos y, de este modo, evita la formación de una neblina cuando se escape a la atmósfera por encima del refrigerador por evaporación.
OBJETO Y SUMARIO DE LA INVENCIÓN
Es un objetivo de la invención proporcionar un aparato híbrido intercambiador de calor que podría inhibir la formación de un penacho de condensado de agua cuando las condiciones ambientales sean óptimas para la formación del mismo.
Otro objetivo de la invención es proporcionar un aparato híbrido intercambiador de calor que conserve el agua mediante capacidades mejoradas de refrigeración en seco.
En consecuencia, a continuación en el presente documento se describe un aparato híbrido intercambiador de calor de la presente invención. El aparato híbrido intercambiador de calor incluye un dispositivo intercambiador de calor con un fluido caliente que fluye a través del mismo, un sistema de distribución de agua de refrigeración y un mecanismo de flujo de aire tal como un montaje de ventilador para causar que el aire ambiente fluya a través del dispositivo intercambiador de calor. El sistema de distribución de agua de refrigeración distribuye agua de refrigeración por evaporación sobre el dispositivo intercambiador de calor de manera que humedece solamente una porción del dispositivo intercambiador de calor mientras permite una porción seca restante del dispositivo intercambiador de calor. La porción seca restante del intercambiador de calor permite la refrigeración de una manera no por evaporación. El mecanismo de flujo de aire causa que el aire ambiente fluya a través del dispositivo intercambiador de calor para generar aire húmedo y caliente a partir del aire ambiente que fluye a través de la porción húmeda del dispositivo intercambiador de calor y aire seco y caliente a partir del aire ambiente que fluye a través de la porción seca restante del dispositivo intercambiador de calor. Un aspecto de la presente invención mezcla el aire húmedo y caliente y el aire seco y caliente juntos para formar una mezcla de aire caliente del mismo para reducir el penacho si están presentes las condiciones atmosféricas ambientales apropiadas. Otro aspecto de la presente invención aísla el aire húmedo y caliente y el aire seco y caliente entre sí y, por lo tanto, no reduce necesariamente el penacho.
Un procedimiento de la presente invención inhibe la formación de un condensado a base de agua a partir de un aparato intercambiador de calor que tiene un sistema de distribución de agua de refrigeración y un dispositivo intercambiador de calor con un fluido caliente que fluye a través del mismo. El procedimiento incluye las etapas de:
distribuir agua de refrigeración por evaporación desde el sistema de distribución de agua de refrigeración sobre el dispositivo intercambiador de calor de manera que humedezca una porción del dispositivo intercambiador de calor mientras permite que se seque una porción restante del dispositivo intercambiador de calor;
causar que el aire ambiente fluya a través del dispositivo intercambiador de calor para generar aire húmedo y caliente a partir del aire ambiente que fluye a través de la porción húmeda del dispositivo intercambiador de calor y aire caliente y seco a partir del aire ambiente que fluye a través de la porción seca restante del dispositivo intercambiador de calor; y
mezclar el aire húmedo y caliente y el aire seco y caliente juntos para formar una mezcla de aire caliente de los mismos.
Estos objetivos y otras ventajas de la presente invención se apreciarán mejor en vista de la descripción detallada de los modos de realización a modo de ejemplo de la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La Figura 1 es un diagrama esquemático de un intercambiador de calor convencional que funciona en un modo seco.
La Figura 2 es un diagrama esquemático de un intercambiador de calor convencional que funciona en un modo húmedo.
La Figura 3 es un diagrama esquemático de un primer modo de realización a modo de ejemplo de un aparato híbrido intercambiador de calor que no forma parte de la presente invención debido a que no tiene la partición como se define en la reivindicación 1 que funciona en el modo seco.
La Figura 4 es un diagrama esquemático del primer modo de realización a modo de ejemplo del aparato híbrido intercambiador de calor que no forma parte de la presente invención que funciona en el modo húmedo.
La Figura 5 es un diagrama esquemático del primer modo de realización a modo de ejemplo del aparato híbrido intercambiador de calor que no forma parte de la presente invención que funciona en un modo híbrido húmedo/seco.
La Figura 6 es un diagrama esquemático de un segundo modo de realización a modo de ejemplo de un aparato híbrido intercambiador de calor de la presente invención que funciona en el modo seco.
La Figura 7 es un diagrama esquemático del segundo modo de realización a modo de ejemplo del aparato híbrido intercambiador de calor de la presente invención que funciona en el modo húmedo.
La Figura 8 es un diagrama esquemático del segundo modo de realización a modo de ejemplo del aparato híbrido intercambiador de calor de la presente invención que funciona en el modo híbrido húmedo/seco.
La Figura 9 es un diagrama esquemático de un tercer modo de realización a modo de ejemplo de un aparato híbrido intercambiador de calor de la presente invención que funciona en el modo seco.
La Figura 10 es un diagrama esquemático del tercer modo de realización a modo de ejemplo del aparato híbrido intercambiador de calor de la presente invención que funciona en el modo húmedo.
La Figura 11 es un diagrama esquemático del tercer modo de realización a modo de ejemplo del aparato híbrido intercambiador de calor de la presente invención que funciona en el modo híbrido húmedo/seco.
La Figura 12 es un diagrama esquemático de un cuarto modo de realización a modo de ejemplo de un aparato híbrido intercambiador de calor que no forma parte de la presente invención que funciona en el modo híbrido húmedo/seco.
La Figura 13 es un diagrama esquemático de un quinto modo de realización a modo de ejemplo de un aparato híbrido intercambiador de calor de la presente invención que funciona en el modo híbrido húmedo/seco.
La Figura 14 es un diagrama esquemático de un sexto modo de realización a modo de ejemplo de un aparato híbrido intercambiador de calor de la presente invención que funciona en el modo híbrido húmedo/seco.
La Figura 15 es un diagrama esquemático de un séptimo modo de realización a modo de ejemplo de un aparato híbrido intercambiador de calor de la presente invención que funciona en el modo híbrido húmedo/seco.
La Figura 16 es un diagrama esquemático de un octavo modo de realización a modo de ejemplo de un aparato híbrido intercambiador de calor de la presente invención que funciona en el modo híbrido húmedo/seco.
La Figura 17 es un diagrama de flujo de un procedimiento para hacer funcionar el aparato híbrido intercambiador de calor del primer al octavo modo de realización a modo de ejemplo de la presente invención.
La Figura 18 es un diagrama esquemático de un noveno modo de realización a modo de ejemplo de un aparato híbrido intercambiador de calor de la presente invención que funciona en el modo híbrido húmedo/seco.
La Figura 19 es un diagrama de flujo de un procedimiento para hacer funcionar el aparato híbrido intercambiador de calor del noveno modo de realización a modo de ejemplo de la presente invención en la Figura 18.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LOS MODOS DE REALIZACIÓN A MODO DE EJEMPLO
Más adelante en el presente documento, se describirán modos de realización a modo de ejemplo de la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos. Los componentes estructurales comunes a los de la técnica anterior y los componentes estructurales comunes a modos de realización respectivos de la presente invención se representarán por los mismos símbolos y se omitirá la descripción repetida de los mismos. Además, términos tales como "frío", "caliente", "húmedo", "seco", "refrigeración" y similares se interpretarán como términos relativos solo como apreciaría un experto en la técnica y no se interpretarán de manera limitativa de cualquier manera. Un primer modo de realización a modo de ejemplo de un aparato híbrido intercambiador de calor 100 que no forma parte de la presente invención se describe a continuación en el presente documento con referencia a las Figuras 3-5. Como se muestra en las Figuras 3-5, el aparato híbrido intercambiador de calor 100 incluye un primer sistema de distribución de agua de refrigeración 8a y un segundo sistema de distribución de agua de refrigeración 8b. El primer sistema de distribución de agua de refrigeración 8a tiene un primer colector de distribución de agua 24a que se extiende parcialmente a través de la porción de cámara central 14c y está dispuesto por encima del primer componente de intercambiador de calor 6a y adyacente al mismo. El primer sistema de distribución de agua de refrigeración 8a también tiene una primera bomba 26a que está operativa para bombear el agua de refrigeración por evaporación CW desde la porción de cámara de depósito de agua 14a hacia el primer colector de distribución de agua 24a y a través del mismo. Como resultado, las boquillas pulverizadoras 30a pulverizan el agua de refrigeración por evaporación CW; de este modo, el agua de refrigeración por evaporación CW se distribuye sobre el primer componente de intercambiador de calor 6a. Correspondientemente, el segundo sistema de distribución de agua de refrigeración 8b tiene un segundo colector de distribución de agua 24b que se extiende parcialmente a través de la porción de cámara central 14c y está dispuesto por encima del segundo componente de intercambiador de calor 6b y adyacente al mismo. El segundo sistema de distribución de agua de refrigeración 8b también tiene una segunda bomba 26b que está operativa para bombear el agua de refrigeración por evaporación CW desde la porción de cámara de depósito de agua 14a hacia el colector de distribución de agua 24a y a través del mismo. Como resultado, el agua de refrigeración por evaporación CW se pulveriza desde las boquillas pulverizadoras 30b y por tanto el agua de refrigeración por evaporación CW se distribuye sobre el segundo componente de intercambiador de calor 6b. Obsérvese que los primer y segundo sistemas de distribución de agua de refrigeración 8a y 8b funcionan independientemente uno del otro y, aparte de bombear el agua de refrigeración por evaporación Cw de la porción de cámara de depósito de agua 14a, se consideran de otro modo en aislamiento de fluido entre sí. También, la primera bomba 26a y el primer colector de distribución de agua 24a están en comunicación fluida selectiva entre sí y la segunda bomba 26b y el segundo colector de distribución de agua 24b están en comunicación fluida selectiva entre sí.
Un controlador (que no se muestra pero se ilustra a modo de ejemplo en las Figuras 1 y 2) está operativo para causar que el aparato híbrido intercambiador de calor 100 funcione en un modo SECO como se ilustra en la Figura 3, en un modo HÚMEDO como se ilustra en la Figura 4 y en un modo HÍBRIDO HÚMEDO/SECO como se ilustra en la Figura 5. Para mayor claridad de las figuras de los dibujos, el controlador no se ilustró intencionadamente porque un experto en la técnica apreciaría que un controlador puede cambiar automáticamente los estados de ENCENDIDO y APAGADO de las bombas 26a y 26b y el montaje de ventilador 10. De forma alternativa, un experto en la técnica apreciaría que el controlador podría ser un operario humano que puede cambiar manualmente los estados de ENCENDIDO y APAGADO de las bombas 26a y 26b y el montaje de ventilador 10. Como resultado, en lugar de ilustrar un controlador, se ilustran los estados de ENCENDIDO y APAGADO de las bombas 26a y 26b y el montaje de ventilador 10.
En el modo SECO ilustrado en la Figura 3, solamente se activa el montaje de ventilador 10 en el estado ENCENDIDO mientras que los dos sistemas de distribución de agua de refrigeración 8a y 8b están desactivados, es decir, en los estados de APAGADO. Como resultado, el aire ambiente representado como las flechas de ENTRADA de Aire Frío fluye a través del primer componente de intercambiador de calor 6a y del segundo dispositivo del componente de intercambiador de calor 6b sin que el agua de refrigeración por evaporación CW se distribuya sobre los primer y segundo componentes de intercambiador de calor 6a y 6b. De esta manera, se genera aire seco caliente representado como la flecha de SALIDA de Aire Seco y Caliente que posteriormente sale a través de la salida de aire 16.
En el modo HÚMEDO ilustrado en la Figura 4, se activan el montaje de ventilador 10 y ambos sistemas de distribución de agua de refrigeración 8a y 8b en sus respectivos estados de ENCENDIDO. Como resultado, el aire ambiente representado como las flechas de ENTRADA de aire frío fluye a través de los respectivos del primer intercambiador de calor 6a y del segundo componente de intercambiador de calor 6b y el agua de refrigeración por evaporación CW se distribuye sobre los primer y segundo componentes de intercambiador de calor 6a y 6b y a través de los mismos para generar aire húmedo y caliente como se representa con la flecha de SALIDA de Aire Húmedo y Caliente que posteriormente sale a través de la salida de aire 16.
En el modo HÍBRIDO HÚMEDO/SECO, se activan el montaje de ventilador 10 y el sistema de distribución de agua de refrigeración 8a en sus estados de ENCENDIDO mientras que el sistema de distribución de agua de refrigeración 8b está desactivado, es decir, en su estado de APAGADO. Como resultado, el sistema de distribución de agua de refrigeración 8a distribuye el agua de refrigeración por evaporación CW a través del primer componente de intercambiador de calor 6a y sobre el mismo de manera que humedece el primer componente de intercambiador de calor 6a mientras que está seco el segundo componente de intercambiador de calor 6b. Simultáneamente con el mismo, el montaje de ventilador 10 causa que el aire ambiente representado como las flechas de ENTRADA de Aire Frío fluya a través del primer componente de intercambiador de calor 6a para generar AIRE HÚMEDO Y CALIENTE a partir del aire ambiente representado como las flechas de ENTRADA de Aire Frío que fluya a través del primer componente de intercambiador de calor húmedo 6a y AIRE SECO Y CALIENTE a partir del aire ambiente representado como las flechas de ENTRADA de Aire Frío que fluya a través del segundo componente de intercambiador de calor seco 6b. A partir de entonces, el AIRE HÚMEDO Y CALIENTE y el AIRE SECO Y CALIENTE se mezclan para formar una MEZCLA DE AIRE CALIENTE que posteriormente sale a través de la salida de aire 16 como se representa por la flecha de SALIDA DE MEZCLA DE AIRE CALIENTE. El AIRE HÚMEDO Y CALIENTE y el AIRE SECO Y CALIENTE también fluyen a través de la estructura eliminadora 32, a la porción de cámara de salida 14b y a través del montaje de ventilador 10 antes de salir de la salida de aire 16.
Un experto en la técnica apreciaría que la mezcla del AIRE HÚMEDO Y CALIENTE y del AIRE SECO Y CALIENTE para formar la m Ez CLA DE AIRE CALIENTE se logra como resultado del torrente de aire que fluye a través del recipiente 4 así como del montaje de ventilador 10. También se puede lograr una mezcla adicional, si se desea, como se analiza a continuación en el presente documento.
Solamente a modo de ejemplo y no a modo de limitación, cada uno de los primer y segundo componentes de intercambiador de calor 6a y 6b es una estructura tubular que se representa en las figuras de dibujo como un único tubo continuo 34. Sin embargo, un experto en la técnica apreciaría que, en la práctica, la estructura tubular se fabrica realmente a partir de una pluralidad de tubos alineados en filas. El único tubo continuo 34 representativo se forma en una configuración de tubo en serpentín como se muestra en las Figuras 3-5 que tiene secciones rectas de tubo 34a y secciones curvas de retorno 34b. Aunque no a modo de limitación sino solamente a modo de ejemplo, la sección recta de tubo 34a tiene una pluralidad de aletas 36 conectadas a la misma para formar una estructura de tubo con aletas.
Un segundo modo de realización a modo de ejemplo de un aparato híbrido intercambiador de calor 200 de la presente invención se muestra en las Figuras 6-8. El aparato híbrido intercambiador de calor 200 incluye una partición 38. La partición 38 divide verticalmente el dispositivo intercambiador de calor 6 de modo que, cuando el aparato híbrido intercambiador de calor 200 está en el modo HÍBRIDO HÚMEDO/SECO como se muestra en la Figura 8, el primer componente de intercambiador de calor húmedo 6a y el componente de intercambiador de calor seco 6b están delineados. Específicamente, la partición 38 está dispuesta entre la primera sección de colector de distribución de agua 24a y la segunda sección de colector de distribución de agua 24b y entre el primer componente de intercambiador de calor 6a y el segundo componente de intercambiador de calor 6b. Como se representa en la Figura 8, cuando el aparato híbrido intercambiador de calor 200 está en el modo HÍBRIDO HÚMEDO/SECO, se delinean una primera zona de funcionamiento Z1 en la porción de cámara central 14c y una segunda zona de funcionamiento de la porción de cámara central 14c. La primera zona de funcionamiento Z1 de la porción de cámara central 14c tiene un ancho de primera zona de funcionamiento horizontal WZ1 y la segunda zona de funcionamiento Z2 de la porción de cámara central 14c tiene un ancho de segunda zona de funcionamiento horizontal WZ2. A modo de ejemplo solo para el segundo modo de realización a modo de ejemplo del aparato híbrido intercambiador de calor 200, el ancho de primera zona de funcionamiento horizontal ZW1 y el ancho de segunda zona de funcionamiento horizontal ZW2 son al menos sustancialmente iguales entre sí.
Para el segundo modo de realización a modo de ejemplo del aparato híbrido intercambiador de calor 200, el primer componente de intercambiador de calor 6a es una estructura de tubo con aletas convencional como se ha analizado anteriormente y el segundo componente de intercambiador de calor 6b tiene una estructura de tubo formada con una pluralidad de secciones rectas de tubo 34a en una configuración de cabecera convencional.
Cada una de las secciones rectas de tubo 34a son tubos descubiertos, ya que no existen aletas conectadas a las secciones rectas de tubo 34a.
Con referencia a las Figuras 6-8, el sistema de distribución de agua de refrigeración 8 incluye una válvula 40 que está interpuesta en el colector de distribución de agua 24 que divide el colector de distribución de agua 24 en la primera sección de colector de distribución de agua 24a y estando la segunda sección de colector de distribución de agua 24b en comunicación fluida selectiva con la primera sección de colector de distribución de agua 24a. De nuevo, no se muestra un controlador en las Figuras 6-8 para mantener la claridad de las figuras dibujadas. Sin embargo, un experto en la técnica apreciaría que el controlador está operativo para mover la válvula 40 hacia un estado ABIERTO de Válvula y un estado CERRADO de Válvula y entre los mismos como se refleja en la leyenda en las Figuras 6-8. Con la válvula 40 dispuesta entre la primera sección de colector de distribución de agua 24a y la segunda sección de colector de distribución de agua 24b, cuando la válvula 40 está en el estado ABIERTO de Válvula como se muestra en las Figuras 6 y 7, las primera y segunda secciones de colector de distribución de agua 24a y 24b respectivamente están en comunicación fluida entre sí. En la Figura 6 con el aparato híbrido intercambiador de calor 200 en el modo SECO, la válvula 40 también podría estar en el estado CERRADO de Válvula porque la bomba 26 está en el estado APAGADO de Bomba. Como resultado, tanto la primera como la segunda zona de funcionamiento Z1 y Z2 respectivamente están secas. En la Figura 7, con el aparato híbrido intercambiador de calor 200 en el modo HÚMEDO, la válvula 40 está en el estado ABIERTO de Válvula y la bomba 26 está en el estado ENCENDIDO de Bomba. Como resultado, tanto la primera como la segunda zona de funcionamiento Z1 y Z2 respectivamente están húmedas. En la Figura 8, con el aparato híbrido intercambiador de calor 200 en un modo HÍBRIDO HÚMEDO/SECO, la válvula 40 está en el estado CERRADO de Válvula y la bomba 26 está en el estado ENCENDIDO de Bomba. Cuando la válvula 40 está en el estado CERRADO de Válvula, la primera sección de colector de distribución de agua 24a y la segunda sección de colector de distribución de agua 24b están en aislamiento de fluido entre sí. Como resultado, la primera zona de funcionamiento Z1 está húmeda, mientras que se seca la segunda zona de funcionamiento z 2, de modo que el aparato intercambiador de calor híbrido 200 puede funcionar en el modo HÍBRIDO HÚMEDO/SECO.
Un tercer modo de realización a modo de ejemplo de un aparato híbrido intercambiador de calor 300 de la presente invención se muestra en las Figuras 9-11 que funciona en el modo SECO (Figura 9), en el modo HÚMEDO (Figura 10) y en el modo HÍBRIDO HÚMEDO/SECO (Figura 11) de una manera similar al aparato híbrido intercambiador de calor 200 analizado anteriormente. Solamente a modo de ejemplo y no a modo de limitación, el aparato híbrido intercambiador de calor 300 incluye una estructura deflectora de mezcla 42. La estructura deflectora de mezcla 42 se extiende a través de la cámara 14 en la porción de cámara de salida 14b de la misma. Como se muestra mejor en la Figura 12, la estructura deflectora de mezcla 42 está operativa para ayudar a mezclar el AIRE HÚMEDO Y CALIENTE y el AIRE SECO Y CALIENTE como la MEZCLA DE AIRE CALIENTE antes de que salga por la salida de aire 16.
Para el aparato híbrido intercambiador de calor 300 ilustrado en las Figuras 9-11, el dispositivo intercambiador de calor 6 incluye el primer componente de intercambiador de calor 6a y el segundo componente de intercambiador de calor 6b, que, como se analizó anteriormente, son las estructuras de tubos con aletas. También, los intercambiadores de calor usan algunas veces medios de relleno como medio directo de transferencia de calor, ya sea solo o en combinación con bobinas tales como la invención descrita en la patente de EE. UU. N. ° 6.598.862. Como se representa en las Figuras 9-11 de la presente invención, el dispositivo intercambiador de calor 6 incluye una primera estructura de material de relleno 6a1 convencional y una segunda estructura de material de relleno 6bl convencional, ambas fabricadas a partir del medio de relleno. El primer componente de intercambio de calor 6a y la primera estructura de material de relleno 6al están dispuestos verticalmente uno encima de la otra y el segundo componente de intercambiador de calor 6b y la segunda estructura de material de relleno 6b1 están dispuestos verticalmente uno encima de la otra. Más específicamente, solamente a modo de ejemplo y no a modo de limitación, el primer componente de intercambio de calor 6a se sitúa verticalmente por encima de la primera estructura de material de relleno 6a1 y el segundo componente de intercambiador de calor 6b se sitúa verticalmente por encima de la segunda estructura de material de relleno 6b1.
Los siguientes modos de realización a modo de ejemplo del aparato híbrido intercambiador de calor de la presente invención se ilustran solo en el modo HÍBRIDO Hú MEDO/SECO. Un experto en la técnica comprendería que el controlador controla el estado de ENCENDIDO de Ventilador del montaje de ventilador 10 y los estados de ENCENDIDO de Bomba y de APAGADO de Bomba de las bombas 26a y 26b para lograr el modo SECO, el modo HÚMEDO y el modo HÍBRIDO HÚMEDO/SECO del aparato híbrido intercambiador de calor de la presente invención como se analizó anteriormente en el presente documento.
En la Figura 12 se muestra un cuarto modo de realización a modo de ejemplo de un aparato híbrido intercambiador de calor 400 que no forma parte de la presente invención en el modo HÍBRIDO HÚMEDO/SECO. El dispositivo intercambiador de calor 6 es convencional y es una única unidad, es decir, el dispositivo intercambiador de calor 6 no incluye un primer componente de intercambiador de calor y un segundo componente de intercambiador de calor. El dispositivo intercambiador de calor 6 incluye una pluralidad de secciones rectas de tubo 34a con cada sección recta de tubo con aletas 36. A medida que el FLUIDO CALIENTE fluye a través de este dispositivo intercambiador de calor de una única unidad 6, el FLUIDO CALIENTE como la ENTRADA de Fluido Caliente fluye a una caja de cabecera de entrada 44a, luego a través de la pluralidad de secciones rectas de tubo con aletas 34a y, posteriormente, a una caja de cabecera de salida 44b como la SALIDA de Fluido Frío. Por tanto, esta estructura de tubo es una configuración recta.
Obsérvese también que, aunque el aparato híbrido intercambiador de calor 400 carece de una partición, existen la primera zona de funcionamiento Z1 y la segunda zona de funcionamiento Z2. En el modo HÍBRIDO HÚMEDO/SECO del aparato híbrido intercambiador de calor 400, solo el montaje de ventilador 10 y el primer sistema de distribución de agua de refrigeración 6a se activan de modo que solamente el primer sistema de distribución de agua de refrigeración 26a distribuye agua de refrigeración por evaporación CW a través y sobre el dispositivo intercambiador de calor 6 de manera que humedece una porción del dispositivo intercambiador de calor 6 en la primera zona de funcionamiento Z1, mientras que se seca una porción restante del dispositivo intercambiador de calor 6 en la segunda zona de funcionamiento Z2. Simultáneamente con el mismo, el montaje de ventilador 10 en el estado de ENCENDIDO de Ventilador causa que el aire ambiente ilustrado como flechas de ENTRADA de Aire Frío fluya a través del dispositivo intercambiador de calor 6 para generar el AIRE HÚMEDO Y CALIENTE a partir del aire ambiente (representado como las flechas de ENTRADA de Aire Frío) que fluye a través de la porción húmeda del dispositivo intercambiador de calor 6 en la primera zona de funcionamiento Z1 y el AIRE SECO Y CALIENTE a partir del aire ambiente (representado como las flechas de ENTRADA de Aire Frío) que fluye a través de la porción seca restante del dispositivo intercambiador de calor 6 en la segunda zona de funcionamiento Z2 de modo que el AIRE HÚMEDO Y CALIENTE y el AIRE SECO Y CALIENTE se mezclen luego para formar la MEZCLA DE AIRE CALIENTE que posteriormente salga del aparato híbrido intercambiador de calor 400 a través de la salida de aire 16.
En la Figura 13 se muestra un quinto modo de realización a modo de ejemplo de un aparato híbrido intercambiador de calor 500 de la presente invención en el modo HÍBRIDO Hú Me DO/SECO. El dispositivo intercambiador de calor 6 es convencional e incluye el primer componente de intercambiador de calor 6a y el segundo componente de intercambiador de calor 6b como estructuras de tubo en serpentín con aletas. En este quinto modo de realización a modo de ejemplo, el primer componente de intercambiador de calor 6a y el segundo componente de intercambiador de calor 6b están en comunicación fluida paralela entre sí. A medida que el FLUIDO CALIENTE fluye a través de este dispositivo intercambiador de calor 6, el FLUIDO CALIENTE como la ENTRADA de Fluido Caliente fluye hacia la caja de cabecera de entrada 44a, luego a través de cada uno de los primer y segundo componentes de intercambiador de calor 6a y 6b, respectivamente, y posteriormente en la caja de cabecera de salida 44b como la SALIDA de Fluido Frío. Además, el ancho de primera zona de funcionamiento horizontal ZW1 y el ancho de segunda zona de funcionamiento horizontal ZW2 son diferentes entre sí. Más específicamente, el ancho de primera zona de funcionamiento horizontal ZW1 es más pequeño que el ancho de segunda zona de funcionamiento horizontal ZW2. Adicionalmente, cada uno del primer componente de intercambiador de calor 6a y del segundo componente de intercambiador de calor 6b emplea tubos descubiertos formados en una configuración en serpentín y están conectados en serie juntos.
En la Figura 14 se muestra un sexto modo de realización a modo de ejemplo de un aparato híbrido intercambiador de calor 600 de la presente invención en el modo HÍBRIDO HUMEDO/SECO. Cada uno del primer componente de intercambiador de calor 6a y del segundo componente de intercambiador de calor 6b es convencional y emplea un único tubo continuo y descubierto 34 formado en una configuración en serpentín. El primer componente de intercambiador de calor 6a y el segundo componente de intercambiador de calor 6b están conectados juntos en serie.
En la Figura 15 se muestra un séptimo modo de realización a modo de ejemplo de un aparato híbrido intercambiador de calor 700 de la presente invención en el modo HÍBRIDO Hú MEDO/SECO. Los primer y segundo sistemas de distribución de agua 8a y 8b son respetuosamente similares a los analizados para el primer modo de realización a modo de ejemplo del aparato híbrido intercambiador de calor 100. Sin embargo, obsérvese que el primer componente de intercambiador de calor 6a y el segundo componente de intercambiador de calor 6b están en aislamiento de fluido entre sí.
En la Figura 16, se muestra un octavo modo de realización a modo de ejemplo de un aparato híbrido intercambiador de calor 800 de la presente invención en el modo HÍBRIDO HÚMEDO/SECO. En lugar de un montaje de ventilador de tiro inducido 10 como se representa en las Figuras 1-15 mostradas montado en el recipiente 4 adyacente a la salida de aire 16, un montaje de ventilador 110, denominado algunas veces sistema de tiro forzado, se monta en la entrada de aire 18 como mecanismo alternativo de flujo de aire. Por tanto, en lugar de un sistema de tiro inducido como se representa en las Figuras 1-15, el aparato híbrido intercambiador de calor 800 se considera un sistema de tiro forzado.
En la Figura 17, se describe un procedimiento para inhibir la formación de un condensado a base de agua del aparato híbrido intercambiador de calor de la presente invención. El aparato intercambiador de calor tiene el sistema de distribución de agua de refrigeración 8 y el dispositivo intercambiador de calor 6 como se ha descrito anteriormente. El dispositivo intercambiador de calor tiene el FLUIDO CALIENTE que fluye a través del mismo, es decir, desde la ENTRADA de Fluido Caliente hacia la SALIDA de Fluido Frío. La etapa S10 distribuye el agua de refrigeración por evaporación CW del sistema de distribución de agua de refrigeración 8 sobre el dispositivo intercambiador de calor 6 de manera que humedece una porción del dispositivo intercambiador de calor 6 (por ejemplo, en la Figura 12) mientras permite que se seque una porción restante del dispositivo intercambiador de calor 6 (por ejemplo, en la Figura 12). La etapa 12 causa que el aire ambiente (representado como las flechas de ENTRADA de Aire Frío) fluya a través del dispositivo intercambiador de calor 6 para generar AIRE HÚMEDO Y CALIENTE a partir del aire ambiente que fluye a través de la porción húmeda del dispositivo intercambiador de calor 6 en la primera zona de funcionamiento Z1 y AIRE SECO Y CALIENTE a partir del aire ambiente que fluye a través de la porción seca restante del dispositivo intercambiador de calor 6 en la segunda zona de funcionamiento Z2. La etapa 14 mezcla el AIRE HÚMEDO Y CALIENTE y el AIRE SECO Y CALIENTE para formar la MEZCLA DE AIRE CALIENTE. Para mejorar el procedimiento de la presente invención, podría ser beneficioso incluir otra etapa más. Esta etapa proporcionaría la partición 38 que se extendería verticalmente entre la porción húmeda del dispositivo intercambiador de calor 6 y la porción seca restante del dispositivo intercambiador de calor 6.
Idealmente, la MEZCLA DE AIRE CALIENTE del AIRE HÚMEDO Y CALIENTE y del AIRE SECO Y CALIENTE sale del aparato híbrido intercambiador de calor sin un penacho visible P (véase la Figura 2) del condensado a base de agua o al menos sustancialmente sin un penacho visible P del condensado a base de agua. Sin embargo, un experto en la técnica apreciaría que, cuando la MEZCLA DE AIRE CALIENTE del AIRE HÚMEDO Y CALIENTE y del AIRE SECO Y CALIENTE salga del aparato del intercambiador de calor, podrían aparecer marcas visibles W del condensado a base de agua como se muestra en la Figura 5 en el exterior del aparato intercambiador de calor sin apartarse del espíritu de la invención.
A fin de ejecutar el procedimiento del primer al octavo modo de realización de la presente invención, el aparato híbrido intercambiador de calor de la presente invención tiene el dispositivo de intercambio de calor 6 con el fluido caliente fluyendo a través del mismo. El aparato híbrido intercambiador de calor de la presente invención incluye el sistema de distribución de agua de refrigeración 8 y el mecanismo de flujo de aire tal como el montaje de ventilador 10 o 110 para causar que el aire ambiente representado como las flechas de ENTRADA de Aire Frío fluya a través del dispositivo de intercambio de calor 6. El sistema de distribución de agua de refrigeración 8 distribuye el agua de refrigeración por evaporación CW sobre el dispositivo intercambiador de calor 6 de manera que humedece una porción del dispositivo intercambiador de calor 6 (por ejemplo, la zona de funcionamiento Z1 en la Figura 12) mientras permite que se seque una porción restante del dispositivo intercambiador de calor 6 (por ejemplo, la zona de funcionamiento Z2 en la Figura 12). Como se muestra mejor en la Figura 13, la estructura deflectora de mezcla 42 representa los medios para mezclar el AIRE HÚMEDO Y CALIENTE y el AIRE SECO Y CALIENTE para formar LA MEZCLA DE AIr E CALIENTE. Sin embargo, un experto en la técnica apreciará que los aparatos de intercambiador de calor de aire de tiro inducido y de aire de tiro forzado tienen aire de alta velocidad que fluye a través del mismo. Como resultado, se teoriza que, poco después de que el aire ambiente pase a través de las respectivas de las porciones húmedas y secas del intercambiador de calor, se comienzan a mezclar el AIRE HÚMEDO Y CALIENTE y el AIRE SECO Y CALIENTE. Además, se teoriza que la mezcla también se produce cuando el AIRE HÚMEDO Y CALIENTE y el AIRE SECO Y CALIENTE fluyen a través del montaje de ventilador 10 del sistema de tiro inducido. Por tanto, puede que no sea necesario añadir la estructura deflectora de mezcla 42 o cualquier otro dispositivo o estructura para mezclar eficazmente el AIRE HÚMEDO Y CALIENTE y el AIRE SECO Y CALIENTE en la MEZCLA DE AIRE CALIENTE a fin de inhibir la formación de un penacho de agua condensada a medida que la MEZCLA DE AIRE CALIENTE sale del recipiente 14.
En la Figura 18 se ilustra un noveno modo de realización a modo de ejemplo de un aparato híbrido intercambiador de calor 900 de la presente invención en el modo HÍBRIDO HÚMEDO/SECO. Solamente a modo de ejemplo, el aparato híbrido intercambiador de calor 900 incluye un primer componente de intercambiador de calor 6a convencional que incorpora una combinación de secciones rectas de tubo 34a con aletas 36 y secciones de tubo descubierto 34a, es decir, sin aletas, y un segundo componente de intercambiador de calor 6b convencional que tiene todas las secciones de tubo descubierto 34a. Obsérvese que la partición 38 está dispuesta entre el primer componente de intercambiador de calor 6a y el segundo componente de intercambiador de calor 6b, entre el primer colector de distribución de agua 24a y el segundo colector de distribución de agua 24b y entre una primera sección de estructura eliminadora 32a y una segunda estructura eliminadora 32b y termina en contacto con la pared superior 4a del recipiente 4. En efecto, la partición 38 actúa como un panel de aislamiento que aísla el AIRE HÚMEDO Y CALIENTE y el AIRE SECO Y CALIENTE entre sí dentro del aparato intercambiador de calor 900.
Además, el aparato híbrido intercambiador de calor 900 incluye un primer montaje de ventilador 10a y un segundo montaje de ventilador 10b. El primer montaje de ventilador 10a causa que el aire ambiente fluya a través del primer componente de intercambiador de calor 6a para generar el AIRE HÚMEDO Y CALIENTE a partir del aire ambiente que fluye a través del primer componente de intercambiador de calor humedecido 6a. El segundo montaje de ventilador 10b causa que el aire ambiente fluya a través del segundo componente de intercambiador de calor 6b para generar el AIRE SECO Y CALIENTE a partir del aire ambiente que fluye a través de la porción seca restante del segundo componente de intercambiador de calor 6b. Dado que el AIRE HÚMEDO Y CALIENTE y el AIRE SECO Y CALIENTE están aislados entre sí, el AIRE HÚMEDO Y CALIENTE y el AIRE SECO Y CALIENTE se extraen del aparato híbrido intercambiador de calor por separado. Específicamente, el primer montaje de ventilador 10a extrae el AIRE HÚMEDO Y CALIENTE a partir del aparato híbrido intercambiador de calor 900 y el segundo montaje de ventilador 10b extrae el AIRE SECO Y CALIENTE a partir del aparato híbrido intercambiador de calor 900.
Dado que el AIRE HÚMEDO Y CALIENTE y el AIRE SECO Y CALIENTE están aislados entre sí, es posible que se pueda formar un penacho P sobre el primer montaje de ventilador 10a en las condiciones atmosféricas apropiadas. En resumen, aunque el noveno modo de realización del aparato híbrido intercambiador de calor 900 podría no reducir el penacho P, sí conserva agua.
Con el fin de ejecutar el procedimiento del noveno modo de realización del aparato híbrido intercambiador de calor 900 de la presente invención, las etapas de distribución de agua de refrigeración por evaporación en el dispositivo de intercambio de calor y el flujo de aire ambiental a través del dispositivo de intercambio de calor son idénticos al procedimiento para ejecutar el procedimiento de los primer a octavo modos de realización del dispositivo híbrido intercambiador de calor descrito anteriormente. Además, para ejecutar el procedimiento del noveno modo de realización del dispositivo híbrido intercambiador de calor 900, el AIRE HÚMEDO Y CALIENTE y el AIRE SECO Y CALIENTE se aíslan entre sí dentro del aparato híbrido intercambiador de calor y, posteriormente, el AIRE HÚMEDO Y CALIENTE y el AIRE SECO Y CALIENTE se extraen luego del aparato híbrido intercambiador de calor como corrientes de flujo de aire separados.
Para los modos de realización del aparato híbrido intercambiador de calor de la presente invención, la conservación del agua se logra principalmente de dos formas. Primero, se usa una cantidad menor de agua de refrigeración CW cuando el aparato híbrido intercambiador de calor está en el modo HÍBRIDO HÚMEDO/SECO que en el modo HÚMEDO. Por ejemplo, compárense las Figuras 4 y 5. En segundo lugar, se produce una menor cantidad de evaporación del agua de refrigeración CW en el modo HÍBRIDO HÚMEDO/SECO que en el modo HÚMEDO. Para explicar con más detalle, en el modo HÍBRIDO HÚMEDO/SECO, una porción corriente arriba del fluido caliente que fluye a través de un lado corriente arriba de las bobinas del intercambiador de calor del aparato híbrido intercambiador de calor se refrigera corriente arriba por refrigeración en seco y una porción corriente abajo del fluido caliente (que ha fluido ya a través del lado corriente arriba de las bobinas del intercambiador de calor y se refrigeró mediante refrigeración en seco) se refrigera aún más por refrigeración por evaporación desde un lado humedecido, corriente abajo de las bobinas del intercambiador de calor. Por tanto, se considera que los modos de realización del aparato híbrido intercambiador de calor tienen capacidades mejoradas de refrigeración en seco en el modo HÍBRIDO HÚMEDO/SECO para la conservación del agua y, posiblemente, para la reducción del penacho.
Sin embargo, la presente invención se puede realizar de muchas formas diferentes y no se debería interpretar limitada a los modos de realización expuestos en el presente documento; más bien, estos modos de realización se proporcionan a modo de ejemplo de modo que esta divulgación sea exhaustiva y completa, mostrando en su totalidad el alcance de la presente invención a los expertos en la técnica. Por ejemplo, aunque las figuras del dibujo representan la primera zona de funcionamiento Z1 como zona húmeda y la segunda zona de funcionamiento Z2 como zona seca, es posible, con ajustes mecánicos en algunos casos y sin ajustes mecánicos en otros casos, que la primera zona de funcionamiento Z1 sea una zona seca y la segunda zona de funcionamiento Z2 sea una zona húmeda. Además, el dispositivo intercambiador de calor descrito en el presente documento podría ser un condensador.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    Un aparato intercambiador de calor híbrido (100), que comprende:
    un recipiente (4) que tiene una pared superior (4a), una pared inferior (4b) y una pluralidad de paredes laterales (4c) conectadas a la pared superior e inferior para formar una cámara en general en forma de caja (14), teniendo la cámara (14) una porción de cámara de depósito de agua (14a) definida, en parte, por la pared inferior (4b) para contener agua de refrigeración por evaporación, una porción de cámara de salida (14b) definida, en parte, por la pared superior (4a) y una porción de cámara central (14c) definida, en parte, entre las paredes opuestas de las paredes laterales (4c) y situadas entre la porción de cámara de depósito de agua (14a) y la porción de cámara de salida (14b), formándose la pared superior con una salida de aire (16) en comunicación con la porción de cámara de salida (14b), al menos una pared lateral formada con una entrada de aire (18) en comunicación con la porción de cámara central (14c);
    un dispositivo intercambiador de calor (6);
    un sistema de distribución de agua de refrigeración (8) que tiene al menos un colector de distribución de agua (24) que se extiende a través de la porción de cámara central (14c) y está dispuesto por encima del dispositivo intercambiador de calor (6) y adyacente al mismo y al menos una bomba (26a, 26b) operativa para bombear el agua de refrigeración por evaporación desde la porción de cámara de depósito de agua (14a) hasta y a través del colector de distribución de agua (24) distribuyendo de este modo el agua de refrigeración por evaporación en el dispositivo intercambiador de calor (6); y
    un mecanismo de flujo de aire (10) operativo para causar que el aire ambiente fluya a través del aparato híbrido intercambiador de calor desde la entrada de aire (18), a través del dispositivo intercambiador de calor (6) y del colector de distribución de agua (24) y a través de la salida de aire (16);
    caracterizado por que el dispositivo intercambiador de calor está dispuesto en la porción de cámara central (14c) y se eXtiende a través de la misma adyacente a la porción de cámara de salida (14b) y debajo de la misma y operativo para transportar el fluido caliente a través de una fuente de fluido caliente (22); y por que el intercambiador híbrido de calor comprende:
    una partición (38) para dividir verticalmente al menos el dispositivo intercambiador de calor de modo que, cuando el dispositivo híbrido intercambiador de calor esté en el modo híbrido húmedo/seco, la porción húmeda (6a) del dispositivo de intercambio de calor y la porción seca restante (6b) del dispositivo intercambiador de calor estén delineados; y
    un controlador operativo para causar que el aparato intercambiador de calor funcione en uno de un modo húmedo, de un modo seco y de un modo híbrido húmedo/seco, de modo que:
    en el modo húmedo, se activen tanto el mecanismo de flujo de aire (10) como el sistema de distribución de agua de refrigeración (8), lo que da como resultado que el aire ambiente fluya a través del dispositivo intercambiador de calor (6) y el agua de refrigeración por evaporación se distribuya sobre el dispositivo de intercambio de calor y a través del mismo para generar aire húmedo y caliente que posteriormente salga por la salida de aire (16),
    en el modo seco, solamente se active el mecanismo de flujo de aire (10) mientras el sistema de distribución de agua de refrigeración (8) está desactivado, dando como resultado que el aire ambiente fluya a través del dispositivo intercambiador de calor (6) sin que se distribuya el agua de refrigeración por evaporación sobre el dispositivo intercambiador de calor (6) y a través del mismo para generar aire seco y caliente que posteriormente salga por la salida de aire (16), y
    en el modo híbrido húmedo/seco, se activen tanto el mecanismo de flujo de aire (10) como el sistema de distribución de agua de refrigeración (8), de modo que el sistema de distribución de agua de refrigeración (8) distribuya agua de refrigeración por evaporación a través del dispositivo intercambiador de calor de manera que humedezca solamente una porción (6a) del dispositivo intercambiador de calor mientras que se seca una porción restante (6b) del dispositivo intercambiador de calor y simultáneamente el mecanismo de flujo de aire (10) causa que el aire ambiente fluya a través del dispositivo intercambiador de calor para generar aire húmedo y caliente a partir del aire ambiente que fluye a través de la porción húmeda (6a) del dispositivo intercambiador de calor y aire caliente y seco a partir del aire ambiente que fluye a través de la porción seca restante (6b) del dispositivo intercambiador de calor.
    Un aparato híbrido intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en el que, después del sistema de distribución de agua de refrigeración (8), se distribuye agua de refrigeración por evaporación a través del dispositivo intercambiador de calor y sobre el mismo de manera que humedece una porción (6a) del dispositivo intercambiador de calor mientras que se seca una porción restante del dispositivo intercambiador de calor (6b) y el mecanismo de flujo de aire (10) causa que el aire ambiente fluya a través del dispositivo intercambiador de calor para generar el aire húmedo y caliente a partir del aire ambiente que fluye a través de la porción húmeda (6a) del intercambiador de calor y el aire caliente y seco a partir del aire ambiente que fluye a través de la porción seca restante (6b) del intercambiador de calor, el aire húmedo y caliente y el aire seco se mezclan para formar una mezcla de aire caliente que luego salga por la salida de aire (16).
    3. Un aparato híbrido intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que la partición (38) está dispuesta en el aparato híbrido intercambiador de calor de manera que aísla el aire húmedo y caliente y el aire seco y caliente entre sí en el interior del aparato intercambiador de calor de manera que el aire húmedo y caliente y el aire seco y caliente se extraen por separado del aparato híbrido intercambiador de calor.
    4. Un aparato híbrido intercambiador de calor de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que el dispositivo intercambiador de calor incluye un primer componente de intercambio de calor (6a) y un segundo componente de intercambio de calor (6b) ya sea en comunicación fluida con el primer componente de intercambio de calor o en aislamiento de fluido del primer componente de intercambiador de calor.
    5. Un aparato híbrido intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la partición (38) está dispuesta verticalmente al menos entre el primer componente de intercambio de calor (6a) y el segundo componente de intercambio de calor (6b) de modo que, cuando el aparato híbrido intercambiador de calor está en el modo híbrido húmedo/seco, una primera zona de funcionamiento (Z1) de la porción de cámara central (14c) y una segunda zona de funcionamiento (Z2) de la porción de cámara central (14c) están delineadas.
    6. Un aparato híbrido intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 5, en el que la primera zona de funcionamiento (Z1) de la porción de cámara central (14c) tiene un ancho de primera zona de funcionamiento horizontal (WZ1) y la segunda zona de funcionamiento de la porción de cámara central (14c) tiene un ancho de segunda zona de funcionamiento horizontal (WZ2), siendo iguales y diferentes entre sí el ancho de primera zona de funcionamiento horizontal (WZ1) y el ancho de segunda zona de funcionamiento horizontal (WZ2).
    7. Un aparato híbrido intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el primer componente de intercambiador de calor (6a) y el segundo componente de intercambiador de calor (6b) están en comunicación fluida en paralelo entre sí; o el primer componente de intercambiador de calor (6a) y el segundo componente de intercambiador de calor (6b) están en comunicación fluida en serie entre sí; o el primer componente de intercambiador de calor (6a) y el segundo componente de intercambiador de calor (6b) están en aislamiento de fluido entre sí.
    8. Un aparato híbrido intercambiador de calor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, en el que el primer componente de intercambiador de calor (6a) es uno de una estructura de tubo (34), de una estructura de material de relleno (6a1, 6b1) y de una combinación de ambas estructuras de tubo y de la estructura de material de relleno dispuesta verticalmente una encima de la otra; y el segundo componente de intercambiador de calor (6b) es una de la estructura de tubo (34), de la estructura de material de relleno (6a1, 6b1) y de la combinación de la estructura de tubo y de la estructura de material de relleno dispuestas verticalmente una encima de la otra.
    9. Un aparato híbrido intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la estructura de tubo (34) es una de una configuración de tubo en serpentín, de una configuración de caja de cabecera (44a, 44b) y de una configuración recta.
    10. Un aparato híbrido intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 9, en el que la estructura de tubo (34) incluye una pluralidad de tubos con aletas (34a, 36) o una pluralidad de tubos descubiertos (34a) o una combinación de la pluralidad de los tubos con aletas y de la pluralidad de tubos descubiertos.
    11. Un aparato intercambiador de calor de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que el sistema de distribución de agua de refrigeración (8) incluye una válvula (40) y en el que al menos un colector de distribución de agua (24) incluye una primera sección de colector de distribución de agua (24a) y una segunda sección de colector de distribución de agua (24b) con la válvula dispuesta entre ellos, de modo que, cuando la válvula (40) está en un estado abierto, las primera y segunda secciones de colector de distribución de agua (24a, 24b) están en comunicación fluida entre sí y, cuando la válvula (40) está en un estado cerrado, las primera y segunda secciones de colector de distribución de agua (24a, 24b) están en aislamiento de fluido entre sí.
    12. Un aparato intercambiador de calor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que al menos una bomba incluye una primera bomba (26a) y una segunda bomba (26b), el al menos un colector de distribución de agua (24) incluye un primer colector de distribución de agua (24a) y un segundo colector de distribución de agua (24b), la primera bomba (26a) y el primer colector de distribución de agua (24a) están en comunicación fluida selectiva entre sí y la segunda bomba (26b) y el segundo colector de distribución de agua (24b) están en comunicación fluida selectiva entre sí.
    13. Un aparato intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 12, en el que la partición (38) se extiende por encima del nivel del sistema de distribución de agua de refrigeración (8).
    14. Un aparato intercambiador de calor de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que la partición (38) se extiende por debajo del nivel del dispositivo intercambiador de calor (6).
    15. Un aparato intercambiador de calor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, en el que la partición (38) está dispuesta entre la primera sección de colector de distribución de agua (24a) y la segunda sección de colector de distribución de agua (24b).
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