ES2940237T3 - Intercambiador de calor, dispositivo de calentamiento, sistema de calentamiento y método para calentar agua - Google Patents

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Abstract

La presente invención se refiere a un intercambiador de calor, que comprende: - un primer circuito de conductos para conducir un primer fluido; - un segundo circuito de conductos para guiar un segundo fluido; - en el que el primer circuito de conductos y el segundo circuito de conductos están ambos dispuestos en un material conductor del calor que está provisto de aletas en un primer lado; - en el que el primer circuito de conducto define sustancialmente un plano dispuesto sustancialmente paralelo y próximo al primer lado del material conductor del calor; - en el que el segundo circuito de conductos está dispuesto sustancialmente a lo largo del primer circuito de conductos; - en el que el segundo circuito de conductos se extiende sustancialmente a lo largo de sólo una parte limitada del plano definido por el primer circuito de conductos. La invención se refiere además a un dispositivo de agua caliente y un sistema de agua caliente provisto de un intercambiador de calor de este tipo, (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Intercambiador de calor, dispositivo de calentamiento, sistema de calentamiento y método para calentar agua
La invención se refiere a un intercambiador de calor y a un dispositivo de calentamiento provisto de dicho intercambiador de calor, a un sistema de calentamiento y a un método para su aplicación.
Los intercambiadores de calor pueden aplicarse a muchos dispositivos de enfriamiento y calentamiento. Algunos dispositivos de calentamiento conocidos son, por ejemplo, una caldera de calentamiento para calentar agua de calentamiento central (agua de CC) y un calentador o caldera de agua sanitaria para calentar el agua corriente. Un calentador de agua sanitaria es un calentador de agua de flujo continuo que calienta el agua a medida que el agua fluye a través del mismo, mientras que una caldera es un dispositivo de suministro de agua caliente que tiene un almacenamiento de agua caliente.
También se conocen las calderas combinadas que combinan la caldera de calentamiento mencionada anteriormente con un calentador o caldera de agua sanitaria. Una de sus ventajas es que tanto el agua de la instalación de CC como el agua corriente se calientan con una única fuente de calor, tal como un quemador. El hecho de utilizar una única fuente de calor ahorra espacio, por un lado, y por otro lado resulta ventajoso desde el punto de vista económico prescindir de una segunda fuente de calor.
El solicitante propone un intercambiador de calor y un dispositivo de calentamiento de agua provisto del mismo particularmente ventajosos, en su patente de Holanda NL1035654C (WO2010002255 A1).
Este intercambiador de calor se fabrica con un material termoconductor y comprende unas aletas transversales y unas aletas longitudinales para guiar un fluido y para transferir calor entre el fluido y el intercambiador de calor, un primer conducto para guiar un segundo fluido, un segundo conducto para guiar un tercer fluido, en donde el primer y segundo conductos están empotrados en el material termoconductor del intercambiador de calor. Debido a que este intercambiador de calor combina aletas y dos conductos, puede producirse un intercambio de calor entre tres fluidos. El intercambiador de calor de la patente NL1035654 resulta particularmente adecuado para su aplicación en una caldera combinada, en donde los fluidos que fluyen a través de los dos conductos son agua de CC y agua corriente.
Sin embargo, existe una necesidad continua de mejorar aún más la eficiencia de los dispositivos de calentamiento y los intercambiadores de calor, en donde se respeten condiciones previas tales como la compacidad y la fiabilidad.
La invención tiene por objeto proporcionar un intercambiador de calor y un dispositivo de calentamiento del tipo descrito anteriormente, en donde no se presenten dichos inconvenientes, o al menos se den en menor medida.
Dicho objeto se consigue según la invención con el intercambiador de calor, el dispositivo de calentamiento, el sistema de calentamiento y el método según las reivindicaciones independientes.
El intercambiador de calor para un dispositivo de calentamiento, en particular, para un aparato de agua caliente, comprende según la invención las características de la reivindicación 1.
Se entiende que una 'parte limitada del plano definido por el primer circuito de conducción' significa que el segundo circuito de conducción se extiende en menor medida dentro del material termoconductor del intercambiador de calor.
Si el primer circuito de conducción se extiende una altura H1 dentro del material termoconductor y el segundo circuito de conducción tiene una altura H2, entonces H2 < H1.
Preferiblemente, se aplica adicionalmente la relación H2 < 0,8 x H1, y aún más preferiblemente H2 < 0,7 x H1. El cumplimiento de esta relación garantiza que el segundo circuito de conducción, cuando está dispuesto en un dispositivo de calentamiento, se encuentra suficientemente alejado de un quemador que funciona como fuente de calor.
El preámbulo de la reivindicación 1 se conoce a partir de calderas combinadas suministradas por el solicitante, como se conoce, entre otros, por el documento NL1035654. Debido a que en el caso de los intercambiadores de calor se desea lograr la transferencia de calor más óptima posible, en el intercambiador de calor que se muestra en el documento NL1035654, los circuitos de conducción entre los que debe tener lugar la transferencia de calor están colocados muy juntos en prácticamente toda la longitud del intercambiador de calor (véase, en particular, la figura 2 del documento NL1035654). El intercambiador de calor según la invención se distingue del intercambiador de calor del documento NL1035654 precisamente porque, en contra de la intuición, dos circuitos de conducción dispuestos uno al lado del otro en contacto de intercambio de calor tienen longitudes significativamente diferentes.
Esta solución estructural inusual proporciona la opción de utilizar dos fuentes de calor separadas, en donde se previene o reduce significativamente un calentamiento no deseado de una fuente de calor por la otra fuente de calor. Por lo tanto, es posible aplicar dos fuentes de calor con diferentes capacidades, sin que la fuente de calor más fuerte caliente la fuente de calor más débil y, por lo tanto, se pierda energía térmica.
La invención proporciona particularmente un intercambiador de calor que integra un intercambiador de calor gas-líquido y un intercambiador de calor líquido-líquido. Lo excepcional aquí es que el líquido secundario de ambos tipos de intercambiador de calor sea el mismo, es decir, agua corriente y/o agua de CC. Se pueden utilizar ambos tipos de intercambiadores de calor, en donde la construcción es tal que los intercambiadores de calor tienen un efecto adverso mínimo entre sí cuando, por ejemplo, uno de los dos no está en uso. Por lo tanto, se puede prever que, en otoño y primavera, en la mayoría de las condiciones de uso, sea suficiente el calor suministrado a través de una bomba de calor, por lo que el quemador de gas deba emplearse entonces mínimamente para un calentamiento adicional.
En invierno, el quemador de gas puede ser apoyado por una fuente de calor natural, como una bomba de calor o un colector solar. Sin embargo, dado que también se puede prever que una bomba de calor de aire o un colector solar harán una contribución mínima durante algunos períodos, puede ocurrir que el fluido en el segundo y/o cuarto circuitos de conducción esté temporalmente parado. Para evitar que el fluido hierva o se desintegre químicamente, el segundo y/o cuarto circuitos de conducción se extienden solo sobre una parte limitada del plano definido por el primer circuito de conducción y están dispuestos al menos no directamente detrás del quemador.
El material termoconductor del intercambiador de calor se puede fabricar de una sola pieza, si se desea, con las aletas al menos parcialmente integradas en el mismo.
Según una realización preferida, el segundo circuito de conducción es al menos el 20 % más corto que el primer circuito de conducción. La longitud de un circuito de conducción se define en la presente solicitud como la longitud total de la tubería presente dentro del intercambiador de calor, desde el orificio de entrada de un circuito de conducción hasta el orificio de salida del mismo, en el material termoconductor del intercambiador de calor.
Según otra realización preferida del intercambiador de calor, el primer circuito de conducción está dispuesto entre el segundo circuito de conducción y el primer lado del material termoconductor, en donde este primer lado está provisto de aletas. En esta disposición ventajosa, el tercer fluido que fluye a lo largo de las aletas en el primer lado del material termoconductor, así como el segundo fluido que fluye a través del segundo circuito de conducción, pueden utilizarse como fuente de calor para calentar el primer fluido que fluye a través del primer circuito de conducción durante el uso.
En este caso, es especialmente ventajoso que el segundo circuito de conducción, que está dispuesto en el lado del primer circuito de conducción más alejado del primer lado del material termoconductor, esté protegido en cierta medida por el primer circuito de conducción frente al calor generado por el tercer fluido.
En una realización en la que el tercer fluido es gas de combustión y el segundo circuito de conducción está conectado a una fuente de calor natural, como una bomba de calor o un colector solar, es posible evitar que se descargue la energía térmica extraída del tercer fluido. La disposición de circuitos de conducción propuesta aumenta así la eficiencia energética del intercambiador de calor.
Según la invención, el intercambiador de calor comprende, además, un tercer circuito de conducción, para guiar un cuarto fluido, que también está dispuesto en el material termoconductor del intercambiador de calor.
Debido a la adición de un tercer circuito de conducción, el intercambio de calor puede tener lugar entre cuatro fluidos. Una caldera combinada convencional ya es adecuada para calentar tanto agua de CC como agua corriente, y es poco probable que sea necesario dar servicio a otro tipo de consumidor de agua caliente. La razón por la que el intercambiador de calor según la invención está provisto, no obstante, de un tercer circuito de conducción para guiar un cuarto fluido tiene el objetivo particular de proporcionar la opción de poder conectar una segunda fuente de calor, como una bomba de calor o un colector solar, al intercambiador de calor.
Por lo demás, se observa que, si se desea, la invención puede estar provista de circuitos de conducción adicionales configurados para la conexión de una fuente de calor adicional a los mismos. El dispositivo según otra realización preferida comprende por tanto un cuarto circuito de conducción, para guiar un quinto fluido, que también está dispuesto en el material termoconductor del intercambiador de calor. Debido a que el dispositivo ahora está provisto de un cuarto circuito de conducción, se pueden conectar simultáneamente dos fuentes de calor adicionales, por ejemplo, la bomba de calor y el colector solar mencionados anteriormente.
Según la invención, el tercer circuito de conducción está dispuesto entre el primer lado del material termoconductor, lado provisto de aletas, y el segundo circuito de conducción y/o el cuarto circuito de conducción. El tercer circuito de conducción, que está destinado a la conexión a un consumidor de agua de un dispositivo de agua caliente, al igual que el primer circuito de conducción, tienen la ventaja de que pueden calentarse individualmente o, si se desea, juntos, a través de dos o incluso tres diferentes fuentes de calor.
Según otra realización preferida, el primer circuito de conducción y el tercer circuito de conducción están dispuestos sustancialmente en el mismo plano y definen un patrón entretejido.
Con esta disposición, tanto el primer circuito de conducción como el tercer circuito de conducción, ambos destinados a la conexión a un consumidor de agua caliente en un dispositivo de agua caliente, están en contacto óptimo de intercambio de calor con las fuentes de calor de este mismo dispositivo de agua caliente: fluyendo el tercer fluido a lo largo de las aletas y fluyendo el segundo fluido a través del segundo circuito de conducción, respectivamente. Además, el primer circuito de conducción y el tercer circuito de conducción juntos protegen el segundo y/o cuarto circuitos de conducción, que pueden estar destinados, por ejemplo, a una bomba de calor, frente a las aletas. La eficiencia energética se mejora aún más con esta configuración: por un lado debido a esta protección, y por otro lado hay una mejor transferencia de calor desde el segundo y tercer fluidos respectivamente al primer y cuarto fluidos.
Dos consumidores de agua caliente pueden beneficiarse de una transferencia de calor similar cuando, según otra realización preferida, la longitud del tercer circuito de conducción dentro del material termoconductor es sustancialmente igual a la longitud del primer circuito de conducción.
Sin embargo, también es posible prever una diferencia en la capacidad deseada para los consumidores de agua caliente. Por ejemplo, existe la tendencia de que, como resultado de un mejor aislamiento de los edificios, la capacidad requerida por un consumidor de agua de CC disminuya, mientras que, por el contrario, aumente el uso de agua corriente caliente. Esto se debe a que, por comodidad y otras razones, se desean duchas cada vez más grandes y a una correspondiente presión de agua más alta. Para acomodar esta diferencia de capacidad de agua caliente deseada, según una realización preferida alternativa, la longitud del tercer circuito de conducción es mayor que la longitud del segundo circuito de conducción y/o la longitud del cuarto circuito de conducción dentro del material termoconductor, y la longitud del segundo y/o cuarto circuitos de conducción difiere al menos en el 10 % de la longitud del primer circuito de conducción.
Se observa que el circuito de conducción más largo se conecta al consumidor de agua para el que se desea la mayor capacidad. Si, como en el caso de la tendencia mencionada anteriormente, hay una mayor necesidad de agua corriente caliente que de agua caliente de CC, el circuito de conducción más largo se conecta al circuito de agua corriente.
La invención se refiere, además, a un dispositivo de calentamiento, que comprende:
- una carcasa con un intercambiador de calor como el descrito anteriormente;
- una primera fuente de calor dispuesta en la carcasa y que comprende al menos un quemador, en donde el quemador está dispuesto próximo al primer lado del material termoconductor provisto de las aletas y en donde los gases de combustión del al menos un quemador forman el tercer fluido que, durante el uso, fluye desde el lado del quemador, a través de las aletas y a lo largo del primer lado del material termoconductor hasta un lado de descarga de la carcasa, y la transferencia de calor puede tener lugar en este caso entre el tercer fluido y el material termoconductor;
- en donde el primer circuito de conducción, dispuesto en el material termoconductor para guiar el primer fluido, está provisto de un primer orificio de entrada y un primer orificio de salida; y
- en donde el segundo circuito de conducción, dispuesto en el material termoconductor para guiar el segundo fluido, está provisto de un segundo orificio de entrada y un segundo orificio de salida.
Las aletas se extienden desde un primer lado, que está dispuesto próximo a uno o más quemadores en una situación en la que el intercambiador de calor está montado en un aparato de agua caliente, en dirección longitudinal a lo largo del primer lado del material termoconductor y en la dirección de un lado de descarga de gas de combustión del aparato de agua caliente.
Según una realización preferida del dispositivo de calentamiento, el segundo orificio de entrada y el segundo orificio de salida del segundo circuito de conducción están dispuestos próximos al lado de descarga de la carcasa que se encuentra frente al lado del quemador, y en donde el segundo circuito de conducción se extiende desde el mismo a una distancia del uno o más quemadores, de manera que el segundo medio que fluye a través del segundo circuito de conducción no se ve afectado sustancialmente por el calor generado por el uno o más quemadores.
Esta construcción logra que el segundo circuito de conducción se extienda únicamente en la parte relativamente fría del intercambiador de calor. Esto evita que el uno o más quemadores de gas calienten el segundo circuito de conducción, que puede estar destinado, por ejemplo, a acoplarse a una bomba de calor, y el segundo fluido presente en el mismo durante el uso.
Según otra realización preferida, el dispositivo de calentamiento comprende, además, un cuarto circuito de conducción, dispuesto en el material termoconductor para guiar un quinto fluido, que está provisto de un cuarto orificio de entrada y un cuarto orificio de salida. De este modo, además del quemador de gas, se pueden conectar al dispositivo de calentamiento dos fuentes de calor adicionales, como una bomba de calor y un colector solar.
Según otra realización preferida del dispositivo de calentamiento, el cuarto orificio de entrada y el cuarto orificio de salida del cuarto circuito de conducción están dispuestos próximos al lado de descarga de la carcasa que se encuentra frente al lado del quemador, y el cuarto circuito de conducción se extiende desde el mismo a una distancia del uno o más quemadores, de manera que el quinto medio que fluye a través del cuarto circuito de conducción no se ve afectado sustancialmente por el calor generado por el uno o más quemadores.
La invención se refiere, además, a un sistema de calentamiento, que comprende:
- un dispositivo de calentamiento como el descrito anteriormente;
- en donde el primer circuito de conducción está conectado a través del primer orificio de entrada y el primer orificio de salida a un consumidor de agua caliente; y
- en donde el segundo circuito de conducción está conectado a través del segundo orificio de entrada y el segundo orificio de salida a una fuente de calor.
Según una realización preferida del sistema de calentamiento, el consumidor de agua caliente conectado al primer circuito de conducción es un consumidor de agua de CC o un consumidor de agua corriente.
Según otra realización preferida, la fuente de calor conectada al segundo circuito de conducción comprende un colector solar o una bomba de calor, en particular, una bomba de calor de aire o una bomba de calor a tierra.
Dotando al dispositivo de calentamiento de una segunda fuente de calor en forma de bomba de calor, se puede utilizar una fuente de energía natural e inagotable para calentar o precalentar agua de CC y/o agua corriente. Se logra un mayor ahorro de energía de manera respetuosa con el medio ambiente utilizando el calor del aire ambiente o el calor a tierra. Además, el calor generado con una bomba de calor no emite CO2.
Según otra realización preferida, el intercambiador de calor comprende, además, un tercer circuito de conducción, para guiar un cuarto fluido, que también está dispuesto en el material termoconductor del intercambiador de calor, en donde el tercer circuito de conducción está provisto de un tercer orificio de entrada y un tercer orificio de salida con los que se conecta a un consumidor de agua caliente.
Debido a que, según estas medidas, el sistema de calentamiento se puede conectar simultáneamente a dos consumidores de agua caliente, es decir, tanto un consumidor de agua de CC como un consumidor de agua corriente, se puede agregar una segunda fuente de calor a una caldera mixta convencional. El dispositivo de calentamiento puede utilizar en este caso, según se requiera, una fuente de calor elegida entre las fuentes de calor disponibles o, si se desea, incluso ambas al mismo tiempo para el intercambio de calor entre los diferentes fluidos.
Según todavía otra realización preferida, los consumidores de agua caliente conectados al primer circuito de conducción y al segundo circuito de conducción comprenden un consumidor de agua de CC y un consumidor de agua corriente.
El consumidor de agua de CC se puede conectar al primer circuito de conducción y el consumidor de agua corriente al segundo circuito de conducción, o viceversa. Si los dos circuitos tienen diferente longitud y/o caudal, el consumidor de agua para el que se desee mayor capacidad se conecta al circuito de mayor longitud y/o mayor caudal.
Según otra realización preferida del sistema de calentamiento, el intercambiador de calor comprende, además, un cuarto circuito de conducción, para guiar un quinto fluido, que también está dispuesto en el material termoconductor del intercambiador de calor;
- en donde el cuarto circuito de conducción está provisto de un cuarto orificio de entrada y un cuarto orificio de salida con los que se conecta a una fuente de calor.
Según todavía otra realización preferida del sistema de calentamiento, la fuente de calor conectada al cuarto circuito de conducción comprende una bomba de calor o un colector solar.
Finalmente, la invención se refiere a un método, para calentar agua de un consumidor de agua utilizando un sistema de calentamiento descrito anteriormente, que comprende las etapas de:
- bombear un segundo fluido, calentado por una fuente de calor, a través del segundo circuito de conducción dispuesto en la pieza de material termoconductor; y
- transferir calor a través del material termoconductor desde el segundo fluido a un primer circuito de conducción que está dispuesto próximo al segundo circuito de conducción y en contacto de intercambio de calor con el mismo, y que está conectado a un consumidor de agua caliente.
Se utiliza una fuente de energía natural e inagotable proporcionando al dispositivo de calentamiento una segunda fuente de calor en forma de una bomba de calor o un colector solar.
Según una realización preferida del mismo, el método comprende, además, el etapa de transferir calor a través del material termoconductor a un tercer circuito de conducción que está dispuesto de la misma manera en el material termoconductor próximo al segundo circuito de conducción y al cual se conecta un consumidor de agua caliente adicional.
Según otra realización preferida del mismo, el método comprende, además, la etapa de calentar el material termoconductor con al menos un quemador para calentar el primer fluido que fluye a través del primer circuito de conducción y/o el cuarto fluido que fluye a través del tercer circuito de conducción.
Como primera etapa, el agua que se va a calentar se puede precalentar con una bomba de calor, después de lo cual fluye a través de un quemador que calienta el agua hasta la temperatura deseada. Para ello, el quemador puede encenderse durante varios segundos de manera intermitente para impartir un aumento de calor adicional al agua ya precalentada por la bomba de calor.
Las realizaciones preferidas de la presente invención se explican mejor en la siguiente descripción con referencia a los dibujos, en los que:
la figura 1 es una vista esquemática de un sistema de calentamiento según una realización de la invención;
la figura 2 es una vista en perspectiva recortada de un dispositivo de calentamiento que no es según la invención;
la figura 3 es una vista esquemática del dispositivo de calentamiento que se muestra en la figura 2;
la figura 4 es una vista en sección transversal del dispositivo de calentamiento que se muestra en las figuras 2 y 3;
la figura 5 es una vista en perspectiva del dispositivo de calentamiento según una primera realización de la invención, las figuras 6 y 7 son vistas laterales del dispositivo de calentamiento que se muestra en la figura 5;
las figuras 8 y 9 son vistas en perspectiva de los circuitos de conducción de la realización mostrada en la figura 5; y la figura 10 es una vista lateral de otra realización preferida con un cuarto circuito de conducción.
Un sistema 70 de calentamiento según una realización de la invención está dispuesto en el edificio 80 que se muestra en la figura 1. El sistema 70 de calentamiento está conectado a una bomba 72 de calor y un colector solar 74, que funcionan como fuentes de calor respetuosas con el medio ambiente para calentar agua que luego pueden utilizar los consumidores de agua caliente, como el sistema de CC, con un radiador 82 de calentamiento, y una ducha 84 y un baño 86. El colector solar 74 está preferiblemente provisto de un recipiente 76 de protección.
Se observa que la bomba 72 de calor y el colector solar 74 se pueden aplicar por separado o en combinación como fuente de calor.
La base del sistema 70 de calentamiento está formada por un dispositivo 50 de calentamiento que comprende un intercambiador 1 de calor alojado en una carcasa 52. El intercambiador 1 de calor se puede calentar con uno o más quemadores 54 de gas. Un ventilador 58 aspira a través de un tubo 60 mezclador de gas una mezcla de gas preparada por un bloque 62 de gas. El bloque 62 de gas obtiene gas a través de una tubería 64 de alimentación de gas. Se proporciona una alimentación 56 de aire en el lado superior de la carcasa 52 (figura 2).
El material termoconductor 2 del intercambiador 1 de calor se muestra transparente en la figura, siendo visibles los circuitos 28 y 38 de conducción dispuestos en el mismo.
En el dispositivo que no es según la invención que se muestra en la figura 3, solo hay un circuito de conducción que está conectado a un consumidor de agua caliente: el tercer circuito 38 de conducción de la realización mostrada está destinado al agua corriente caliente y comprende un tercer orificio 40 de entrada, a través del cual entra agua corriente relativamente fría en el intercambiador 1 de calor, y un tercer orificio 42 de salida, a través del cual el agua corriente calentada en el intercambiador 1 de calor sale del intercambiador 1 de calor.
Se observa que la figura 3 muestra un aparato de agua caliente que suministra solo agua corriente caliente, pero puede montarse de manera similar un dispositivo 50 de agua caliente que suministre solo agua caliente de CC. En esta descripción, el tercer circuito 38 de conducción es un circuito para agua corriente y el primer circuito 18 de conducción es un circuito para agua de CC. Se hace notar expresamente que el experto apreciará que dentro del concepto inventivo estos tipos de agua caliente pueden ser conmutados, por lo que el tercer circuito 38 de conducción y el primer circuito 18 de conducción son totalmente intercambiables.
También se muestra en la figura 3 un segundo circuito 28 de conducción por el que circula agua caliente suministrada por una bomba 72 de calor. Esta agua caliente ingresa en el intercambiador 1 de calor a través del segundo orificio 30 de entrada. Una vez dentro del intercambiador 1 de calor, esta agua caliente, a través del segundo circuito 28 de conducción, cede calor al material termoconductor 2, que conduce el calor a un circuito de conducción de un consumidor 82, 84, 86 de agua caliente. En la realización mostrada, el calor proveniente del segundo fluido F2 que fluye a través del segundo circuito 28 de conducción se transfiere al cuarto fluido, es decir, el agua corriente que fluye a través del tercer circuito 38 de conducción. La vista lateral de la figura 4 muestra en sección transversal cómo el tercer circuito 38 de conducción, a través del cual fluye el agua del consumidor de agua (en este caso, el agua corriente), está dispuesto entre el segundo circuito 28 de conducción y el primer lado 4 del material termoconductor 2 del intercambiador 1 de calor.
El primer lado 4 del intercambiador 1 de calor, calentado por el tercer fluido F3 proveniente de los quemadores 54 de gas, y el segundo circuito 28 de conducción están ambos dispuestos próximos al tercer circuito 38 de conducción debido a esta colocación intermedia del tercer circuito 38 de conducción. Ambos pueden así funcionar, individualmente o juntos, como fuente de calor para calentar el cuarto fluido F4 que fluye a través de este tercer circuito 38 de conducción.
La colocación intermedia del tercer circuito 38 de conducción tiene la ventaja adicional de que el segundo circuito 28 de conducción está protegido por el tercer circuito 38 de conducción frente al primer lado 4 del intercambiador 1 de calor calentado por el tercer fluido F3.
El primer lado 4 del intercambiador 1 de calor está provisto de aletas transversales 10 y aletas longitudinales 12 que guían los gases de combustión calientes provenientes de los quemadores 54 y que forman el tercer fluido F3 a lo largo de este primer lado 4, de manera que se logra una transferencia de calor óptima desde el tercer fluido F3 hasta el material termoconductor 2 del intercambiador 1 de calor. Los gases de combustión F3 fluyen en este caso desde un lado 6 de quemador del primer lado 4 hasta un lado 8 de descarga del primer lado 4. Se proporciona un orificio 66 de salida de gas de combustión próximo a este lado 8 de descarga.
Una realización particularmente ventajosa se muestra en la figura 5, donde se proporcionan dos circuitos 18, 38 de conducción conectados a los consumidores de agua. El funcionamiento de la realización que se muestra en las figuras 5 a 9 es similar al del dispositivo ya descrito, pero se amplía aún más. De este modo se obtiene una caldera combinada que puede tener las ventajas de ser aumentada con una fuente de calor adicional, preferiblemente en forma de una bomba de calor respetuosa con el medio ambiente.
Además del tercer circuito 38 de conducción para agua corriente ya descrito, ahora también está previsto un primer circuito 18 de conducción a través del cual fluye un primer fluido F1. Este primer fluido F1 es agua de CC que fluye a través de un primer orificio 20 de entrada y, después de haber sido calentada, sale del intercambiador 1 de calor a través de un primer orificio 22 de salida.
Las figuras 6 y 7 muestran cómo los dos circuitos 18, 38 de conducción conectados a los consumidores de agua están dispuestos sustancialmente en el mismo plano 44. Por un lado, ambos están en buen contacto de intercambio de calor con las dos fuentes de calor: el primer lado 4 del intercambiador 1 de calor calentado por el tercer fluido caliente F3 y el segundo circuito 28 de conducción. Por otro lado, también protegen el segundo circuito 28 de conducción frente a un calentamiento no deseado.
Para ambas realizaciones mostradas, los circuitos 18, 28, 38 de conducción están dispuestos lo más juntos posible y el segundo circuito 28 de conducción es considerablemente más corto que los circuitos 18, 38 de conducción que están en contacto con los consumidores de agua caliente.
Debido a que el segundo circuito 28 de conducción es considerablemente más corto que los circuitos 18, 38 de conducción (figuras 8 y 9) y se extiende sustancialmente a lo largo de solo una parte limitada del plano definido por el primer circuito 18 de conducción y/o el tercer circuito 38 de conducción (figuras 4, 7 y 8), se evita o se reduce significativamente un calentamiento no deseado de una fuente de calor por la otra fuente de calor. Por lo tanto, es posible aplicar dos fuentes de calor con diferentes capacidades sin que la fuente de calor más fuerte caliente la fuente de calor más débil y, por lo tanto, se pierda energía térmica. También se evita que el fluido F2, F5 asociado con una fuente de calor más débil, que puede desconectarse temporalmente, comience a hervir o se caliente de tal manera que tenga lugar una desintegración química. Las figuras 4, 7 y 9 muestran hasta dónde se extienden los diferentes circuitos 18, 28, 38 de conducción dentro del material termoconductor 2 del intercambiador 1 de calor. El primer circuito 18 de conducción se extiende por lo tanto sobre una altura H1, y el segundo circuito 28 de conducción y el tercer circuito 38 de conducción se extienden sobre una altura H2 y H3 respectivamente. Se puede ver claramente que la altura H2 es menor que la altura H1, es decir, H2 < H1. También se da el caso de que H2 < H3.
Preferiblemente, se aplica la relación H2 < 0,8 x H1, y aún más preferiblemente H2 < 0,7 x H1. El cumplimiento de esta relación garantiza que el segundo circuito 28 de conducción, cuando está dispuesto en un dispositivo 50 de calentamiento, se encuentra suficientemente alejado de un quemador 54 que funcione como fuente de calor.
Como se muestra en las figuras 4, 7 y 10, el intercambiador 1 de calor está provisto de unas aletas transversales 10 y unas aletas longitudinales 12. Las aletas longitudinales 12 tienen una variación de altura: en la posición del quemador 54 tienen una altura relativamente limitada, y esta altura de las aletas longitudinales 12 aumenta a medida que las aletas longitudinales 12 se alejan del quemador 54. La altura de las aletas longitudinales 12 está diseñada de manera que la temperatura de funcionamiento máxima admisible se alcance sustancialmente en toda la parte superior del intercambiador 1 de calor. Esta temperatura, medida en la posición del plano 44 del primer circuito 18 de conducción y del tercer circuito 38 de conducción, es típicamente de 120 °C aproximadamente.
Se observa que la altura H2 hasta la que se extiende el segundo circuito 28 de conducción dentro del material termoconductor 2 del intercambiador 1 de calor, en otra realización preferida se extiende sustancialmente dentro del intervalo en donde las aletas longitudinales 12 del intercambiador 1 de calor tienen su altura máxima.
La vista lateral que se muestra en la figura 10 muestra una sección transversal muy parecida a la de la figura 7, entendiéndose que un cuarto circuito 46 de conducción, para guiar un quinto fluido F5, también está dispuesto en el material termoconductor 2 del intercambiador 1 de calor. Debido a que el intercambiador 1 de calor de la figura 10 comprende un segundo circuito 28 de conducción y un cuarto circuito 46 de conducción, es posible conectar el intercambiador 1 de calor a dos fuentes de calor diferentes: por ejemplo, una bomba 72 de calor y un colector solar 74, o dos bombas de calor de diferentes tipos, como una bomba de calor de aire y una bomba de calor a tierra. La altura hasta la que se extiende el cuarto circuito de conducción dentro del material termoconductor 2 del intercambiador 2 de calor corresponde sustancialmente a la altura H2 del segundo circuito 28 de conducción.
Aunque muestran realizaciones preferidas de la invención, las realizaciones descritas anteriormente están destinadas únicamente a ilustrar realizaciones de la presente invención y de ningún modo a limitar la memoria técnica de la invención. Cuando las medidas en las reivindicaciones van seguidas de números de referencia, dichos números de referencia solo sirven para contribuir a la comprensión de las reivindicaciones, pero de ninguna manera limitan el alcance de la protección. Se observa particularmente que el experto en la materia puede combinar medidas técnicas de las diferentes realizaciones. La invención está definida por las siguientes reivindicaciones, dentro del alcance de las cuales se pueden contemplar muchas modificaciones.

Claims (15)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Intercambiador (1) de calor para un dispositivo (50) de calentamiento, en particular, para un aparato de agua caliente, que comprende:
    - un primer circuito (18) de conducción para guiar un primer fluido (F1);
    - un segundo circuito (28) de conducción para guiar un segundo fluido (F2);
    - en donde el primer circuito (18) de conducción y el segundo circuito (28) de conducción están ambos dispuestos en un material termoconductor (2);
    - en donde el material termoconductor (2) está provisto, en un primer lado, de unas aletas (10, 12) para transferir calor entre un tercer fluido (F3) y al menos el primer circuito (18) de conducción;
    - en donde el primer circuito (18) de conducción define sustancialmente un plano dispuesto sustancialmente paralelo y próximo al primer lado del material termoconductor (2);
    - en donde el segundo circuito (28) de conducción está dispuesto sustancialmente a lo largo del primer circuito (18) de conducción; y
    - en donde el segundo circuito (28) de conducción se extiende sustancialmente a lo largo de solo una parte limitada del plano definido por el primer circuito (18) de conducción;
    caracterizado por un tercer circuito (38) de conducción para guiar un cuarto fluido (F4), que también está dispuesto en el material termoconductor (2) del intercambiador (1) de calor; y
    - en donde el tercer circuito (38) de conducción está dispuesto entre el primer lado del material termoconductor (2), cuyo lado está provisto de las aletas (10, 12), y el segundo circuito (28) de conducción.
  2. 2. Intercambiador de calor según la reivindicación 1, en donde el segundo circuito (28) de conducción es al menos el 20 % más corto que el primer circuito (18) de conducción.
  3. 3. Intercambiador de calor según la reivindicación 1 o 2, que comprende, además, un cuarto circuito (46) de conducción para guiar un quinto fluido (F5), que también está dispuesto en el material termoconductor (2) del intercambiador (1) de calor; y
    - en donde el tercer circuito (38) de conducción está dispuesto entre el primer lado del material termoconductor (2), cuyo lado está provisto de las aletas (10, 12), y el cuarto circuito (46) de conducción.
  4. 4. Intercambiador de calor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el primer circuito (18) de conducción y el tercer circuito (38) de conducción están dispuestos sustancialmente en el mismo plano y definen un patrón entretejido.
  5. 5. Intercambiador de calor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el primer circuito (18) de conducción está dispuesto entre el segundo circuito (28) de conducción y el primer lado del material termoconductor (2), en donde este primer lado está provisto de las aletas (10, 12) y en donde la longitud del tercer circuito (38) de conducción dentro del material termoconductor (2) es sustancialmente igual a la longitud del primer circuito (18) de conducción.
  6. 6. Intercambiador de calor según la reivindicación 5, en donde la longitud del tercer circuito (38) de conducción dentro del material termoconductor (2) es mayor que la longitud del segundo circuito (28) de conducción y/o la longitud del cuarto circuito (46) de conducción y en donde esta longitud del segundo circuito (28) y/o el cuarto circuito (46) de conducción difiere en al menos el 10 % de la longitud del primer circuito (18) de conducción.
  7. 7. Dispositivo (50) de calentamiento, que comprende:
    - una carcasa (52) con un intercambiador (1) de calor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores; - una primera fuente de calor dispuesta en la carcasa (52) y que comprende al menos un quemador (54), en donde el quemador (54) está dispuesto próximo al primer lado del material termoconductor (2) provisto de las aletas (10, 12) y en donde los gases de combustión del al menos un quemador (54) forman el tercer fluido (F3), que fluye durante el uso desde el lado del quemador, a través de las aletas (10, 12) y a lo largo del primer lado del material termoconductor (2) hasta un lado de descarga de la carcasa (52) y, en este caso, la transferencia de calor puede tener lugar entre el tercer fluido (F3) y el material termoconductor (2);
    - en donde el primer circuito (18) de conducción, dispuesto en el material termoconductor (2) para guiar el primer fluido (F1), está provisto de un primer orificio de entrada y un primer orificio de salida; y - en donde el segundo circuito (28) de conducción, dispuesto en el material termoconductor (2) para guiar el segundo fluido (F2), está provisto de un segundo orificio de entrada y un segundo orificio de salida.
  8. 8. Dispositivo de calentamiento según la reivindicación 7,
    - en donde el segundo orificio de entrada y el segundo orificio de salida del segundo circuito (28) de conducción están dispuestos próximos al lado de descarga de la carcasa (52) que se encuentra opuesto al lado del quemador y en donde el segundo circuito (28) de conducción se extiende desde el mismo a una distancia del uno o más quemadores (54) de tal modo que el segundo medio (F2), que fluye a través del segundo circuito (28) de conducción, no se ve afectado sustancialmente por el calor generado por el uno o más quemadores (54); y
    - que comprende, además, preferiblemente un cuarto circuito (46) de conducción dispuesto en el material termoconductor (2) para guiar un quinto fluido (F5) que está provisto de un cuarto orificio de entrada y un cuarto orificio de salida; y
    - en donde más preferiblemente el cuarto orificio de entrada y el cuarto orificio de salida del cuarto circuito (46) de conducción están dispuestos próximos al lado de descarga de la carcasa (52) que se encuentra opuesto al lado del quemador y en donde el cuarto circuito (46) de conducción se extiende desde el mismo a una distancia del uno o más quemadores (54) de tal modo que el quinto medio (F5), que fluye a través del cuarto circuito (46) de conducción, no se ve afectado sustancialmente por el calor generado por el uno o más quemadores (54).
  9. 9. Sistema (70) de calentamiento, que comprende:
    - un dispositivo (50) de calentamiento según la reivindicación 7 u 8;
    - en donde el primer circuito (18) de conducción está conectado a través del primer orificio de entrada y el primer orificio de salida a un consumidor de agua caliente;
    - en donde el segundo circuito (28) de conducción está conectado a través del segundo orificio de entrada y el segundo orificio de salida a una fuente de calor;
    caracterizado por que la fuente de calor conectada al segundo circuito (28) de conducción comprende una bomba (72) de calor, en particular, una bomba de calor de aire o una bomba de calor a tierra, o un colector solar (74).
  10. 10. Sistema de calentamiento según la reivindicación 9, en donde el consumidor de agua caliente conectado al primer circuito de conducción es un consumidor de agua de CC o un consumidor de agua corriente.
  11. 11. Sistema de calentamiento según cualquiera de las reivindicaciones 9 o 10, en donde el intercambiador (1) de calor comprende, además, un tercer circuito (38) de conducción para guiar un cuarto fluido (F4), que también está dispuesto en el material termoconductor (2) del intercambiador (1) de calor;
    - en donde el tercer circuito (38) de conducción está provisto de un tercer orificio de entrada y un tercer orificio de salida con los que se conecta a un consumidor de agua caliente; y
    - en donde los consumidores de agua caliente conectados al primer circuito (18) de conducción y al segundo circuito (28) de conducción comprenden preferiblemente un consumidor de agua de CC y un consumidor de agua corriente.
  12. 12. Sistema de calentamiento según la reivindicación 11, en donde el intercambiador (1) de calor comprende, además, un cuarto circuito (46) de conducción para guiar un quinto fluido (F5), que también está dispuesto en el material termoconductor (2) del intercambiador (1) de calor; y
    - en donde el cuarto circuito (46) de conducción está provisto de un cuarto orificio de entrada y un cuarto orificio de salida con los que se conecta a una fuente de calor.
  13. 13. Sistema de calentamiento según la reivindicación 12, en donde la fuente de calor conectada al cuarto circuito (46) de conducción comprende una bomba (72) de calor o un colector solar (74).
  14. 14. Método para calentar agua de un consumidor de agua usando un sistema (70) de calentamiento según cualquiera de las reivindicaciones 9-13, que comprende las etapas de:
    - bombear un segundo fluido (F2) calentado por una fuente de calor a través del segundo circuito (28) de conducción dispuesto en la pieza de material termoconductor (2); y
    - transferir calor a través del material termoconductor (2) desde el segundo fluido (F2) hasta un primer circuito (18) de conducción que está dispuesto próximo al segundo circuito (28) de conducción y en contacto de intercambio de calor con el mismo y que está conectado a un consumidor de agua caliente; caracterizado por la etapa de transferir calor a través del material termoconductor (2) a un tercer circuito (38) de conducción, que está dispuesto de la misma manera en el material termoconductor (2), próximo al segundo circuito (28) de conducción, y al que está conectado un consumidor de agua caliente adicional.
  15. 15. Método según la reivindicación 14, que comprende, además, la etapa de calentar el material termoconductor (2) con al menos un quemador (54) para calentar el primer fluido (F1) que fluye a través del primer circuito (18) de conducción y/o el cuarto fluido (F4) que fluye a través del tercer circuito (38) de conducción.
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