MX2007008386A - Metodo y materiales para mejorar intercambiadores de calor evaporativos. - Google Patents

Abstract

Un material laminado corrugado (44) para usar en un intercambiador de calor evaporativo, dicho material incluye un medio de retencion de agua que tiene una superficie humedecible (40) y una superficie resistente al vapor opuesta (42).

Description

MÉTODO Y MATERIALES PARA MEJORAR INTERCAMBIADORES DE CALOR EVAPORATIVOS CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a mejoras en la capacidad de intercambio de calor de intercambiadores de calor evaporativos. En particular, un aspecto de esta invención se refiere a un material adecuado para usar al formar superficies de intercambio de calor de ¡ntercambiadores de calor evaporativos. Se describen invenciones adicionales que se refieren a la operación de enfriadores evaporativos. Para facilidad de comprensión, los aspeclos de esta invención se describirán con relación al núcleo de intercambio de calor de enfriadores evaporativos de contraflujo, así como a métodos, equipo y sistemas para la ventilación y enfriamiento de espacios cerrados. Los diversos aspectos de esta invención se pueden aplicar a unidades de acondicionamiento de aire incorporadas adecuadas para suministrar aire enfriado a un espacio cerrado, y a unidades de acondicionamiento incorporadas adecuadas para suministrar agua enfriada para usar en unidades de intercambio de calor que forman parte de un sistema para el enfriamiento de espacios cerrados.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA ANTERIOR Durante toda esta descripción y las reivindicaciones que siguen, a menos que el contexto requiera otra cosa, se entenderá que la palabra "comprender", o variaciones tales como "comprende" o "que comprende", implica la inclusión de un entero o paso o grupo de enteros o pasos mencionados. La referencia a cualquier técnica anterior en esta especificación no se toma, y no se debe tomar como un reconocimiento o cualquier forma de sugerencia de que la técnica anterior forma parte del conocimiento general común en Australia. El uso de enfriadores de aire evaporativos para el enfriamiento de espacios cerrados es bien conocido en la técnica. Estos enfriadores típicamente se construyen con paredes externas que contienen medios humedecibles, permeables, los cuales se mantienen húmedos con agua bombeada desde un depósito interno. El aire de fuera del edificio es extraído a través de los medios humedecibles por medio de un ventilador localizado dentro del enfriador evaporativo, y entregado ya sea directamente en el espacio cerrado o a través de un sistema de ductos al espacio cerrado. A medida que el aire pasa a través de los medios humedecidos, tiene lugar un fenómeno conocido como saturación adiabática. La humedad de las superficies de la almohadilla humedecida se evapora en el aire que atraviesa de acuerdo con la humedad relativa del aire, o su capacidad de recibir vapor de agua adicional. Esta evaporación causa un intercambio de energía en donde la energía requerida para que agua líquida se evapore a un vapor se deriva del agua dentro de la almohadilla humedecida, enfriando así el agua. El aire caliente que entra a la almohadilla es luego enfriado mediante intercambio de calor a la superficie de agua fría. El límite al cual el aire puede ser enfriado mediante este fenómeno es conocido como la Temperatura de Bulbo Húmedo como se define en cualquier trabajo de referencia sobre psicrometría. El aire entregado por un enfriador evaporativo es enfriado a una temperatura la cual es siempre mayor a la Temperatura de Bulbo Húmedo, a un grado determinado por la eficiencia del diseño del enfriador evaporativo. El aire entregado es también siempre más húmedo que el aire que entra al enfriador. Esta limitación en la temperatura alcanzable y la adición de humedad al aire limita en forma severa el grado de enfriamiento disponible mediante este método, así como limita el uso de este medio de enfriamiento a climas relativamente calientes y secos. En un lugar típicamente caliente y seco, tal como Adelaide, Australia, la condición del diseño para enfriamiento evaporativo es 38°C Temperatura de Bulbo Seco, 21 °C Temperatura de Bulbo Húmedo. Bajo estas condiciones de diseño, un enfriador de aire evaporativo típico entregará a aire a aproximadamente 23.5°C, pero que ha sido sustancialmente humedecido. Este aire es mucho menos susceptible a proveer condiciones de confort dentro del espacio cerrado que, por ejemplo, un sistema de acondicionamiento de aire enfriado en forma refrigerativa, el cual pudiera entregar aire a 15°C, y al cual no se ha añadido humedad adicional. Se sabe también, en los métodos de la técnica anterior, que se puede enfriar aire a temperaturas por debajo de la Temperatura de Bulbo Húmedo del aire que entra mientras se sigue usando solamente la evaporación de agua como el mecanismo de enfriamiento. Estos métodos típicamente enfrían previamente el aire que entra sin la adición de humedad por medio de intercambio de calor seco, antes de que el aire entre en contacto con las superficies húmedas para evaporación. El enfriamiento previo de aire sin la adición de humedad reduce tanto la temperatura de Bulbo Seco como la temperatura de Bulbo Húmedo del aire como se puede observar en cualquier tabla psicrométrica. Cuando el aire es luego puesto en contacto con las superficies humedecidas, se enfriará a una temperatura que se acerca a la ahora reducida Temperatura de Bulbo Húmedo en lugar de la Temperatura de Bulbo Húmedo Original. Si este procedimiento se lleva al límite, es posible producir aire enfriado que se acerca al Punto de Rocío del aire entrante, sin la adición de humedad. Este procedimiento de enfriamiento evaporativo indirecto de aire es bien conocido. SU 979796 por Maisotsenko describe una configuración en donde una corriente principal de aire se hace pasar a lo largo de un ducto seco, pasando de manera simultánea un contador de corriente de aire auxiliar actualmente a lo largo de un ducto húmedo el cual se encuentra en relación de intercambio de calor con el ducto seco. La corriente auxiliar es obtenida al subdividir la corriente total en corrientes principal y auxiliar. Esta configuración es desarrollada aún más por Maisotsenko en US 4,977,753 en donde los ductos húmedos y secos se dividen en dos secciones separadas que permiten el enfriamiento previo de las corrientes de aire secas antes de su entrada en el ducto húmedo dando por su resultado así un eficiencia de enfriamiento mejorada. Una implementación práctica y método de construcción de la configuración de US 4,977,753 son descritos en US 5,301 ,518 por Morozov et al. US 5,301 ,518 describe una construcción que consiste de ductos secos alternos, los cuales pueden ser construidos a partir de una variedad de materiales, y ductos húmedos construidos a partir de material poroso capilar. La configuración de flujo de aire está dispuesta de manera tal que las corrientes de aire en los ductos secos y húmedos estén en contra flujo como en descripciones anteriores. Además, la configuración divide el intercambiador de calor en dos etapas separadas para el propósito de alcanzar la reducción de temperatura requerida mientras se reduce la caída de presión alta inherente en los pasajes de aire angostos requeridos para una transferencia de calor adecuada. El humedecimiento del material poroso de los ductos húmedos se obtiene por medio de absorción por capilaridad vertical desde un depósito de agua por debajo del intercambiador de calor. La descripción de US 5,301 ,518 ha sido demostrada en máquinas de trabajo prácticas, que producen aire enfriado a temperaturas que se acercan al Punto de Rocío sin la adición de humedad al aire. No obstante, la construcción sufre de muchas deficiencias. La resistencia al flujo de aire es alta como resultado de los pasajes de aire angostos necesarios para una transferencia de calor efectiva. La transferencia de calor entre los pasajes de aire húmedos y secos es ineficiente debido a las capas límite con el aire en ambos lados del medio entre los pasajes, requiriendo grandes áreas de superficie para una transferencia de calor efectiva. La altura del ¡ntercambiador de calor es limitada por la habilidad del material de ducto húmedo poroso para absorber de manera vertical, lo cual en términos prácticos es aproximadamente 200 mm. El flujo de aire entregado disponible para un tamaño dado de intercambiador de calor es por lo tanto bajo, lo cual da por resultado una construcción inaceptablemente grande y costosa para flujos de aire prácticos. Existen también dificultades prácticas considerables con la construcción y operación de dicho enfriador evaporalivo indirecto. La distribución de corrientes de aire a los ductos húmedos y secos respectivos requiere la separación individual de los ductos con sistemas de sellado laboriosos y costosos. Cuando se usa con suministros de agua potable normales, el agua evaporada a partir del ducto húmedo deja atrás sales, las cuales no pueden ser retiradas fácilmente, obstruyendo finalmente el intercambiador de calor. Asimismo, es bien conocido que los índices de intercambio de calor y evaporación de superficie húmeda de superficies planas, llanas pueden ser mejorados considerablemente al disponer superficies adyacentes en forma de corrugaciones establecidas a diferentes ángulos para cada hoja adyacente. Este principio fue descrito por Bredberg en US 3,262,682 y Norback en US 3,395,903 para la construcción de medios evaporativos para usar en enfriadores de aire evaporativos y torres de enfriamiento. La interacción de corrientes de aire dentro de las corrugaciones adyacentes en esta construcción de medios humedecidos da por resultado una evaporación intensa a partir de las superficies húmedas y una transferencia de calor intensa a partir de las superficies frías formadas como resultado de esa evaporación. Se pueden construir medios evaporativos compactos de alta eficiencia con una pérdida de presión mínima del flujo de aire. La intensidad de la evaporación e intercambio de calor demostrada en medios evaporativos corrugados mejoraría considerablemente el rendimiento de un enfriador evaporativo indirecto si se aplica a la configuración de flujo de aire necesaria para enfriamiento indirecto si tales medios pudieran adaptarse fácilmente a ese ambiente.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Un primer aspecto de la presente invención provee un material corrugado para usar en un ¡ntercambiador de calor evaporativo, dicho material incluye una superficie humedecible de retención de agua y una superficie resistente al vapor opuesta.

En una modalidad preferida, la forma del patrón corrugado dentro de las hojas se puede variar para optimizar el rendimiento térmico y resistencia del flujo de aire cuando el material corrugado es usado en un núcleo de intercambio de calor. En un segundo aspecto la presente invención provee un método para hacer un material laminado corrugado como se describe en la presente, en donde una hoja plana de un medio de retención de agua es configurada con corrugaciones al ser alimentado a través de rodillos para corrugado. En un tercer aspecto la presente invención provee un núcleo de ¡ntercambio de calor para un intercambiador de calor evaporativo formado a partir de al menos una hoja de material corrugado como se describe en la presente, en donde la o las hojas son dobladas para formar al menos una bolsa o doblez de manera que el interior de cada doblez forme un pasaje o canal de superficie humedecible o un pasaje o canal resistente al vapor. En un cuarto aspecto la presente invención provee un elemento de ¡ntercambio de calor para un núcleo de un ¡ntercambiador de calor evaporativo, dicho elemento se forma a partir de al menos dos hojas de material laminado corrugado como se describe en la presente, en donde las dos hojas son unidas para formar un pasaje que tiene paredes corrugadas para flujo de aire entre las mismas y en donde las corrugaciones en lados opuestos del pasaje son ángulos de intersección. En una modalidad preferida, el ángulo de intersección de las corrugaciones de hojas corrugadas adyacentes se varía para optimizar el rendimiento térmico y resistencia de flujo de aire del núcleo de intercambio de calor. Un núcleo de ¡ntercambiador de calor evaporativo indirecto preferido es caracterizado por una construcción que consiste de hojas de medios humedecibles corrugadas individuales modificadas para ¡ncluir una barrera impermeable al vapor en un lado. Las hojas individuales son construidas en bolsas abiertas selladas en la parte superior e inferior con la barrera impermeable al vapor en el interior de la bolsa. Dichas bolsas son luego ensambladas en una pila de bolsas sellando cada uno de los lados que no son de barrera al vapor juntos en el extremo de entrada de aire de la pila de bolsas de manera tal que se forme un núcleo complelo en donde el aire caliente y seco entre al núcleo a través de las bolsas, pasando todo el camino a través de las bolsas. Al salir de las bolsas, una proporción del aire entregado así es regresada a través de los pasajes formados entre los lados que no son de barrera al vapor humedecibles de bolsas adyacentes, que forman pasajes húmedos del núcleo. En un quinto aspecto la presente invención provee un método para hacer un núcleo de intercambio de calor que comprende tomar una pluralidad de pares de hojas de material laminado corrugado como se describe en la presente, formar una pluralidad de bolsas a partir de pares de dichas hojas donde las superficies internas de cada bolsa son superficies resistentes al vapor, los bordes adyacentes de cada par de lados separados paralelos son sellados juntos para formar bolsas de extremos abiertos y apilar dichas bolsas en paralelo para formar pasajes de flujo de aire de superficie humedecibles entre cada par de bolsas adyacentes. En un sexto aspecto la presente invención provee un enfriador evaporativo que incluye un núcleo de intercambio de calor formado a partir de al menos una hoja de material laminado corrugado como se describe en la presente, en donde la o las hojas son dobladas para formar al menos una bolsa o doblez de manera tal que el interior de cada doblez forme un pasaje o canal de superficie humedecible o un pasaje o canal resistente al vapor. En un séptimo aspecto la presente invención provee un método para efectuar intercambio de calor entre flujos de aire a contracorriente en un intercambiador de calor, el ¡ntercambiador de calor incluye un núcleo de ¡ntercambio de calor que comprende canales de flujo de aire húmedos y secos en contraflujo, dichos canales se forman con paredes corrugadas y en donde el aire de entrada se hace pasar por los canales secos para salir como aire acondicionado, una porción del aire de salida es revertido para pasar a través de los canales húmedos y efectuar ¡ntercambio de calor entre los canales secos y húmedos antes de ser vaciado. En relación con otro aspecto de la presente invención, resulta una grave deficiencia en los enfriadores evaporativos indirectos de la técnica anterior que agua deba ser colocada dentro de los medios humedecibles mediante absorción por capilaridad. Este requerimiento sucede debido al gradiente de temperatura a través del pasaje húmedo necesario para que el enfriador funcione. Las superficies humedecidas en el extremo de entrega del núcleo deben estar cercanas al Punto de Rocío del aire entrante si la temperatura de aire entregado se va a acercar al Punto de Rocío, mientras que la temperatura de la superficie humedecida en el extremo de entrada del núcleo se debe acercar a la temperatura del aire seco caliente entrante si van a ocurrir evaporación y transferencia de calor. Por consiguiente, debe haber un gradiente de temperatura en las superficies humedecidas a través del núcleo desde el extremo de entrega al extremo de entrada. Este gradiente puede ser logrado únicamente absorbiendo agua de un depósito al punto donde se va a evaporar en disposiciones de la técnica anterior. Cualquier excedente de agua sobre este requerimiento para evaporar y mantener las superficies húmedas degradará el rendimiento térmico y ya no será posible acercarse al Punto de Rocío en la temperatura del aire entregado. Si las superficies humedecidas fueran a ser sometidas a irrigación por inmersión como en la práctica con enfriamiento evaporativo directo, únicamente sería posible que la temperatura de aire entregado se acercara a la temperatura de Bulbo Húmedo del aire entrante. Esta temperatura puede ser considerablemente por arriba del Punto de Rocío dependiendo de la psicrometría del aire entrante. En un octavo aspecto de la presente invención se provee un método para operar un enfriador evaporativo que incluye un núcleo de intercambio de calor en donde canales de flujo de aire húmedos y secos adyacentes se encuentran en relación de intercambio de calor de flujo de aire a contracorriente donde agua es suministrada a los canales húmedos en un patrón de flujo descendente, caracterizado porque el agua es suministrada a los canales húmedos sobre una pluralidad de segmentos desde un extremo de entrada de aire a un extremo de salida de aire del núcleo durante la operación de dicho enfriador y en donde se hace circular agua a través de cada segmento relativamente por separado de segmentos adyacentes de manera tal que se establece un gradiente de temperatura apropiado desde un extremo de entrada de aire a un extremo de salida de aire del núcleo manteniendo diferentes temperaturas de agua en circulación en cada segmento. De preferencia, el método del octavo aspecto se caracteriza además por la entrega de agua a través de cada distribuidor de agua desde un medio de bombeo respectivo asociado con cada depósito de agua. En otra modalidad, cada uno de los depósitos de agua está conectado a un conducto de agua común de modo tal que se permita que los niveles de agua en cada depósito alcancen un nivel de equilibrio. En un noveno aspecto la presente invención provee un método para operar un enfriador evaporativo que incluye un núcleo de intercambio de calor adaptado para flujo de aire de intercambio de calor a través del mismo vía una pluralidad de canales de ¡ntercambio de calor, al menos algunos de dichos canales son canales húmedos donde agua es aplicada a y retenida por material humedecible en los canales húmedos, caracterizado porque se aplica agua a los canales húmedos en un patrón de flujo descendente intermitente y generalmente uniforme a través de todo el núcleo y en donde la aplicación de agua a los canales húmedos del núcleo es repetida antes de que el material humedecible se haya secado. En una modalidad preferida, un solo medio de bombeo, repartidor de agua y depósito aplica agua al núcleo evaporativo en forma periódica. En un décimo aspecto la presente invención provee un enfriador evaporativo que incluye un núcleo de intercambio de calor como se describe en la presente que tiene pasajes o canales húmedos y secos corrugados, un sistema de distribución de agua que incluye una pluralidad de distribuidores de agua para humedecer las superficies humedecibles de los pasajes o canales, dichos distribuidores de agua están colocados por arriba del núcleo y dispuestos en relación paralela separada transversalmente del núcleo con relación a una dirección de flujo de aire a través del núcleo, cada distribuidor de agua está localizado dentro de un espacio respectivo por arriba del núcleo separado de los espacios de distribuidor de agua adyacentes, cada distribuidor de agua es suministrado desde un depósito respectivo e incluye también medios de restricción de flujo en una salida de flujo de aire de los canales resistentes al vapor para efectuar contraflujo de una porción del aire de salida a través de los canales húmedos a un escape. Los aspectos inventivos de la presente invención cuando se combinan pueden dar por resultado un enfriador evaporativo indirecto que aprovecha por completo las caracterísíicas de los medios corrugados para producir un enfriador compacto, eficiente y económico. Dicho enfriador de aire evaporativo indirecto típicamente comprende un medio de ventilador para la entrega de aire, un intercambiador de calor evaporativo indirecto y un medio de entrega de aire que incluye un medio de resistencia de flujo de aire.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las modalidades de los aspectos de la presente invención se describirán ahora a manera de ejemplo con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales: la figura 1 es una vista isométrica de la construcción de un medio evaporativo corrugado de la técnica anterior; las figuras 2A y 2B muestran vistas esquemáticas de trayectorias de flujo de aire y un método de distribución de agua de un enfriador evaporativo indirecto de la técnica anterior; la figura 3 es una vista en sección de un canal seco que muestra la construcción de una modalidad de medios corrugados de acuerdo con la invención; las figuras 4A y 4B muestran una vista en sección y esquema de un segmento de un núcleo de enfriador evaporativo indirecto hecho a partir de los medios corrugados de la figura 3; la figura 5 es una vista isométrica, la cual muestra una modalidad de la construcción de un segmento de bolsa de un núcleo de enfriador evaporativo indirecto que emplea medios corrugados de la presente invención; la figura 6 es una vista isometrica de un ensamble de segmentos de bolsa de la figura 5 cuando se forman en un núcleo de enfriador evaporativo indirecto, la figura 7 es un esquema que muestra el sistema de distribución de agua de otro aspecto de la presente invención donde el núcleo de intercambio de calor se divide en segmentos, y la figura 8 es una vista isometrica de un núcleo de enfriador evaporativo indirecto ensamblado que detalla sistemas de agua y flujo de aire DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS En la figura 1 , los medios corrugados de la técnica anterior se muestran como un bloque de hojas de medios humedecibles corrugados dentro de los cuales interactúan aire seco y agua en las superficies humedecidas El bloque 1 se construye a partir de hojas individuales 4 de medios corrugados (típicamente papel tratado de un tipo que absorbe fácilmente agua a lo largo de su superficie) Las corrugaciones individuales 6 son impresas en los medios durante la fabricación y las hojas de son dispuestas de modo tal que las corrugaciones se establezcan a un ángulo 8 con los bordes del bloque de medios Las hojas adyacentes 4 son típicamente pegadas juntas con ángulos de corrugación inversa creando complejos pasajes de aire y agua dentro de la matriz del bloque En la operación, el agua es introducida en la dirección 3 y aplicada a la superficie superior del bloque de medios. A medida que el agua 3 desciende a través de la matriz, encuentra muchos puntos dentro de la matriz donde las corrugaciones 6 de las hojas adyacentes 4 se encuentran. En cada uno de estos puntos de intersección, parte del agua es dirigida en una dirección alrededor de la intersección, y el resto del agua en dirección opuesta alrededor de la intersección. Debido a que existen muchas de estas intersecciones dentro de la matriz, el agua es rápidamente esparcida de manera uniforme en todo el bloque de medios, asegurando así el humedecimiento uniforme de las superficies. La distribución de agua dentro de la matriz es mejorada aún más por medio de la propiedad de los medios de absorber fácilmente agua a lo largo de su superficie. Por ende, cualesquier deficiencias en la uniformidad de la distribución de agua en todas las superficies de la matriz son fácilmente compensadas y corregidas. Aire caliente y seco 5 entra en la matriz y encuentra también muchas intersecciones de las hojas corrugadas adyacentes. En cada intersección, el aire es dividido en dos corrientes asegurando el movimiento uniforme del aire en toda la matriz. En cada una de estas intersecciones existe una interacción intensa entre el aire y las superficies humedecidas debido a los cambios rápidos y frecuentes en la dirección del flujo de aire. Esta interacción intensa da por resultado una evaporación rápida del agua de las superficies humedecidas, humedeciendo así el aire y enfriando el agua en las superficies humedecidas. Debido a que las superficies humedecidas son luego considerablemente más frías que el aire entrante caliente y seco, ocurrirá luego el intercambio de calor entre el aire y la superficie humedecida, enfriando así el aire. El aire sale del bloque de matriz como aire enfriado humedecido 7. El intercambio de calor durante este procedimiento es también intensificado debido a los muchos lugares de interacción en las intersecciones de corrugaciones por las mismas razones que para la evaporación intensificada adoptada anteriormente. En las figuras 2A y 2B se muestra una construcción de enfriador evaporativo indirecto de la técnica anterior. Aire caliente y seco 10 entra en el pasaje de aire seco 12, continuando más allá del límite del pasaje de aire seco 14. Cuando la construcción ha estado operando durante al menos un periodo corto, el límite del pasaje de aire seco 14 estará más frío que el aire seco que entra al pasaje 12. Ocurrirá intercambio de calor y el aire seco será enfriado en forma progresiva a medida que continúa por el pasaje de aire seco. El aire caliente y seco entrante 10 ha sido enfriado considerablemente cuando sale del pasaje de aire seco 14 en 15. Un dispositivo de resistencia de flujo 28 es instalado en la trayectoria de flujo de aire causando así un incremento en la presión de aire en 15. Este incremento en la presión hace que parte del aire seco, ahora frío se desvíe en 26, y continúe a través del pasaje de aire húmedo 16. El pasaje de aire húmedo contiene medios humedecidos 18, que se mantienen húmedos por medio de la absorción de agua de un depósito de agua 22. Debido a que el aire no ha tenido aún ningún cambio en su contenido de humedad, la evaporación tiene lugar a partir de los medios humedecidos 18 humedeciendo así el aire y enfriando el agua dentro de los medios humedecidos por medio del mismo mecanismo antes descrito para medios evaporativos. A medida que el aire continúa fluyendo por el pasaje húmedo, el calor del pasaje seco adyacente 12 tenderá a elevar la temperatura del aire ahora humedecido 26, incrementando así su capacidad de evaporar aún más la humedad. La evaporación adicional y calentamiento tienen lugar hasta que el aire 26 llega a una barrera en su trayectoria en 20, haciendo que fluya al escape 21. El aire que fluye a través de la resistencia de flujo 28 se convierte en el aire entregado 24. Este aire ha sido enfriado sin la adición de humedad. En el límite de flujos de aire bajos y buen intercambio de calor, la temperatura del aire entregado 24 se puede acercar al Punto de Rocío del aire entrante. La figura 3 muestra un elemento de la construcción de la presente invención. Medios humedecibles corrugados 40 (que se pueden hacer usando materiales y métodos de fabricación similares a aquellos de las hojas individuales 4 de los medios evaporativos antes descritos) son fabricados con una membrana resistente al vapor 42 adherida a un lado. La membrana 42 puede ser un material de polímero, aunque la única propiedad esencial es que resista el flujo del vapor de agua. Se puede aplicar por medio de muchos métodos, incluyendo calandriado en caliente de plástico, adherir película de plástico o la aplicación de polímeros líquidos (por ejemplo, pintura), o se puede formar por medio de tratamiento de la superficie de los medios humedecibles. La membrana resistente al vapor se debe mantener lo más delgada que sea viable para una máxima transferencia de calor. Los medios humedecibles 40 deben ser también lo más delgados que sea viable consistente con este requerimiento para mantener la superficie humedad y absorber agua a áreas no directamente humedecidas en el enfriador construido. En la construcción antes descrita, los medios humedecibles 40 a partir de los cuales se hacen los elementos de núcleo 44 pueden ser fabricados a partir de cualquier material que pueda ser fácilmente humedecido. Materiales prácticos incluyen papel tratado humedecible, pulpa de fibra de papel moldeada, polímeros sinterizados formados de partículas humedecibles y películas metálicas o de polímero con superficies tratadas o modificadas para promover el humedecimiento. Los expertos en la técnica conocerán otros materiales humedecibles que se puedan usar en la construcción de la presente invención. Además, los elementos de núcleo 44 se pueden producir usando un proceso de moldeado en donde la forma de los pasajes corrugados se puede modificar para facilitar aún más la optimización del flujo de aire y transferencia de calor. En particular, los pasajes de aire a través de los cuales el aire de escape sale del núcleo pueden ser configurados para reducir las pérdidas de presión de flujo de aire asociadas con desviar el aire dentro del núcleo de la dirección de flujo general a una dirección de escape general.

Las figuras 4A y 4B muestran la parte de componente descrita en la figura 3 como parte del intercambiador de calor y núcleo de evaporación del enfriador evaporativo indirecto, la presente invención. En la construcción completa, aire seco y caliente fluye a través del pasaje de aire seco 50, donde el pasaje de aire seco es contenido entre las superficies resistentes al vapor 42 de las hojas corrugadas 44. Los pasajes húmedos adyacentes 52 se forman entre las superficies de los medios humedecibles 40. El aire fluye a través de los pasajes secos 50 en contraflujo general a los pasajes húmedos 52. El ángulo al cual se establecen las corrugaciones a la dirección general del flujo de aire se ilustra por medio del ángulo 54. Este ángulo se puede variar sobre un rango amplio para optimizar la eficiencia de la transferencia de calor y resistencia al flujo de aire en el núcleo. En general, un ángulo más pequeño 54 dará por resultado una resistencia de flujo de aire más baja con la desventaja de una eficiencia de transferencia de calor reducida. En otra modalidad, el ángulo de corrugación 54 dentro del núcleo se hace relativamente pequeño con relación a la horizontal, típicamente en el rango de 20 grados a 35 grados. Los ángulos de corrugación pequeños reducen de manera significativa la resistencia de flujo de aire a través del núcleo en perjuicio de la eficiencia de transferencia de calor. La eficiencia de la transferencia de calor se puede recuperar extendiendo toda la longitud del núcleo. Se encuentra que dentro del rango de ángulos mencionados en la presente, se puede obtener una combinación optimizada de resistencia de flujo de aire reducida y longitud de núcleo incrementada para cada construcción, consistente con una eficiencia de transferencia de calor suficiente. La figura 5 muestra el detalle de construcción de los componentes descritos en las figuras 4A y 4B para obtener los patrones de flujo y direcciones requeridos. Las bolsas individuales 88 se construyen a partir de dos hojas corrugadas con membranas resistentes al vapor 44. Cada hoja corrugada 44 es colocada con la membrana resistente al vapor 42 quedando de frente hacia la membrana resistente al vapor de la hoja adyacente. Las hojas son selladas juntas en el sello superior 84 y sello inferior 86, formando así una bolsa completa con todas las superficies internas forradas con una membrana resistente al vapor 42. El sello superior 84 y sello inferior 86 se pueden formar mediante métodos entre los que se incluyen remachado, adhesivos, soldadura de plásticos o llenadores. De manera alternativa, si la membrana resistente al vapor se forma a partir de una película de plástico adherida a los medios humedecibles 40, uno del sello superior o sello inferior se puede formar doblando una hoja de medios de tamaño doble y combinación de membrana. Esta construcción da por resultado una bolsa forrada sellada a través de la cual puede fluir aire caliente seco sin contacto físico con los medios humedecibles en el pasaje 80.

La figura 6 muestra el apilamiento de varias de las bolsas 88 formadas en un núcleo de enfriador indirecto 94. Cuando bolsas sucesivas son colocadas en una pila adyacente una a la otra, las superficies de los medios humedecibles adyacentes forman luego el pasaje húmedo 82. El aire que fluye a través del pasaje húmedo 82 no tiene contacto físico con el pasaje seco 80, pero intercambio de calor entre los pasajes húmedos y secos y la evaporación dentro del pasaje húmedo pueden tener lugar fácilmente con la intensidad promovida por la construcción corrugada. Las bolsas adyacentes 88 necesitan tener los pasajes húmedos 82 separados de los pasajes secos 80 en el extremo del núcleo a través del cual aire caliente y seco entra al núcleo. Esto se logra sellando juntas bolsas adyacentes en el lado de los medios humedecibles con una línea de sello 90 formadas mediante métodos similares a los sellos en la parte superior e inferior de las bolsas (84 y 86). Con esta construcción, el aire caliente y seco que entra de 92 puede solamente entrar y fluir a través de las bolsas 88 forradas con membranas resistentes al vapor 42, y debe recorrer todo el camino a través de la bolsa hasta que salga en el extremo opuesto 96. La figura 7 muestra una disposición de acuerdo con una modalidad del octavo aspecto de la presente invención para humedecimiento de los medios humedecibles en los pasajes húmedos en una manera segmentada. La disposición de la figura 7 divide el núcleo 94 en muchos segmentos 62 (mostrados como cinco segmentos en la figura 7, pero se podría usar un número menor o mayor de segmentos). Cada segmento tiene su propio medio de bombeo 60, su propio depósito de agua 66 y su propio sistema de distribución de agua 68. El segmentos 62 del núcleo 94 con su construcción corrugada, tiende a hacer pasar agua del distribuidor de agua 68, a través del núcleo 94 al depósito de agua 66 con poco mezclado de agua de los segmentos adyacentes. Debido a que, en la operación, todos los segmentos hacen circular agua de manera simultánea, cualquier tendencia del agua en circulación en un segmento a pasar a través de un segmento adyacente es aproximadamente balanceada por una tendencia igual y opuesta para que el agua regrese de ese segmento adyacente. Por lo tanto, para cada segmento se hace circular agua relativamente en forma independiente de cada uno de los segmentos adyacentes. La temperatura del agua en circulación en cada uno de los segmentos puede, por lo tanto, ser diferente, proveyendo así el gradiente de temperatura necesario para rendimiento térmico del enfriador evaporativo indirecto, y por lo tanto permitir que la temperatura del aire entregado se acerque al Punto de Rocío. Esta disposición para suministro de agua al núcleo tiene varias ventajas con respeclo a la técnica anterior, incluyendo retirar la restricción en la altura del núcleo debida a la capacidad de absorción por capilaridad de los medios humedecibles; el excedente de flujo de agua para el requerimiento de evaporación lava abundantemente cualquier concentración de sal debida a la evaporación y la calidad del agua se puede monitorear fácilmente para concentración de sal y diluir antes de que se alcancen concentraciones críticas. Esta disposición se acercaría a la condición de humedecimiento ideal de absorción por capilaridad si hubiera muchos segmentos. El rendimiento térmico es comprometido si hay muy pocos segmentos. En la práctica se ha encontrado que dividir el núcleo en 4-6 segmentos proporciona rendimiento térmico acercándose a un sistema de absorción por capilaridad con un núcleo considerablemente más robusto y resistente para aplicaciones prácticas. En ejemplos prácticos, se ha encontrado que el agua que desciende a través del núcleo no se queda en segmentos separados como en el caso ideal. Existe, en la práctica, un poco de desplazamiento de agua entre los segmentos dando por resultado la acumulación de agua en algunos depósitos de agua de segmento, y una deficiencia de agua en otros segmentos. Esta dificultad práctica es superada por la provisión de un conducto de derivación 70 entre los depósitos, donde el conducto de derivación 70 es conectado a cada uno de los depósitos de agua de segmento vía una abertura 72. Si surge el problema de excedente/deficiencia de agua descendiendo a través del núcleo, las variaciones en el nivel de agua en los depósitos 66 se igualarán a través del conducto 70 hasta que se establezca un estado de flujo fijo entre los depósitos. Esta disposición permite también llenado de agua solamente en un depósito, permitiendo que los niveles de agua se igualen de nuevo de acuerdo con los requerimientos de estado fijo de los segmentos individuales. En una disposición alternativa de acuerdo con el noveno aspecto de la presente invención, el sistema de distribución de agua segmentado de la figura 7 es reemplazado con un solo medio uniforme general para distribuir agua en todo el núcleo, un solo medio de bomba de agua, y un solo depósito de agua en la parte inferior del núcleo 94. En esta modalidad, se aplica agua al núcleo de manera intermitente. La bomba de agua única 60 es operada durante un periodo de tiempo corto suficiente para humedecer de manera uniforme todas las superficies internas del núcleo, y luego es apagada. El enfriador evaporativo indirecto continúa luego en operación, enfriando por medio de evaporación del agua contenida en sus superficies internas. Puesto que no hay un flujo de agua adicional a través de las superficies humedecidas del núcleo durante esta fase de operación, las superficies humedecidas se enfriarán a temperaturas similares a las temperaturas de un núcleo evaporativo indirecto humedecido por medio de absorción por capilaridad como en la técnica anterior. Los requerimientos de gradiente térmico dentro de los pasajes humedecidos son satisfechos, y el rendimiento térmico del núcleo no es degradado de manera significativa. La operación de humedecimiento por medio de la bomba 60 es repetida antes de que las superficies humedecidas el núcleo se sequen, dando por resultado algo de degradación del rendimiento térmico durante la fase de humedecimiento. Típicamente, con la selección de materiales de medios humedecibles con una capacidad de retención de agua razonable, el núcleo puede ser humedecido en 30-60 segundos, y el enfriador indirecto puede ser operado sin más humedecimiento durante 15-20 minutos sin que las superficies humedecidas en el núcleo se sequen de manera significativa. La figura 8 muestra el núcleo completo 94 con el sistema de distribución de agua 68 y el sistema de flujo de aire 104 en su lugar. Cada distribuidor de agua se ubica dentro de un espacio 101 que se mantiene separado del espacio de distribuidor de agua de segmentos adyacentes mediante barreras 100. Los espacios sellados 101 y barreras 100 son necesarios para prevenir que el flujo de aire se salga de los pasajes húmedos del núcleo causando así que el aire en los pasajes húmedos recorra todo el camino a lo largo de los pasajes húmedos. Un sistema de sellado similar es necesario para separar el depósito de agua 66 de depósitos de agua adyacentes. Cada depósito de agua 66 es sellado al núcleo por medio de barreras 102 previniendo así que salga aire de los pasajes húmedos a través de los depósitos de agua. Inmediatamente después del extremo de entrada del núcleo, el espacio de pasaje húmedo se deja abierto en 106. La abertura 106 permite que el aire caliente, ahora húmedo fluya en los pasajes húmedos para salir del núcleo 94. En la modalidad preferida, se provee una abertura de escape 106 tanto en la parte superior como en la parte inferior del núcleo aunque únicamente se muestra la abertura superior en la figura 8. No obstante, si resulta imposible proveer la abertura 106 en la parte inferior del núcleo, aún se puede obtener un rendimiento satisfactorio únicamente con la abertura 106 en la parte superior con un poco de degradación del rendimiento térmico. La relación de aire entregado a aire de escape es ajustada por medio de una restricción de flujo 108 en la corriente de aire entregado. Cerrar la restricción de flujo 108 incrementa la presión en la cámara 109 en el extremo de entrega del núcleo 94, incrementando así el flujo de aire de regreso a través de los pasajes de aire húmedos.

Claims (23)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un material laminado corrugado para usar en un intercambiador de calor evaporativo, dicho material incluye un medio de retención de agua que tiene una superficie humedecible y una superficie resistente al vapor opuesta.

2.- El material laminado corrugado de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque las corrugaciones son dimensionadas igualmente.

3.- El material laminado corrugado de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado además porque las corrugaciones son mutuamente paralelas a un ángulo común en toda la longitud del menos una porción de dicho material.

4.- El material de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado además porque las corrugaciones se encuentran a diversos ángulos en toda la longitud del menos una porción de dicho material.

5.- El material de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque el medio de retención de agua se selecciona de papel humedecible tratado, pulpa de fibra de papel moldeada, polímeros sinterizados formados de partículas humedecibles y películas metálicas o de polímero que tienen superficies tratadas o modificadas para promover el humedecimiento.

6.- El material de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque la superficie resistente al vapor se forma a partir de una película de plástico, polímero líquido o tratamiento resistente al vapor aplicado a una superficie del medio de retención de agua.

7.- Un método para hacer un material laminado corrugado de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores en donde una hoja plana de dicho medio de retención de agua es configurada con corrugaciones al ser alimentada a través de rodillos para corrugado.

8.- El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque la superficie resistente al vapor es aplicada durante la formación de las corrugaciones.

9.- El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque la superficie resistente al vapor es aplicada antes o después de la formación de las corrugaciones.

10.- El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque la superficie resistente al vapor es calandrada en caliente sobre o adherida a la hoja mientras es alimentada a través de los rodillos.

11.- El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque la superficie resistente al vapor es rociada sobre la hoja.

12.- Un elemento de intercambio de calor para un núcleo para un intercambiador de calor evaporativo formado a partir de al menos una hoja de material laminado corrugado de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde la o las hojas son dobladas para formar al menos una bolsa o doblez de modo tal que el interior de cada doblez forme un pasaje o canal de superficie humedecible o un pasaje o canal resistente al vapor.

13.- Un núcleo de intercambiador de calor que incluye una pluralidad de elementos de conformidad con la reivindicación 12, en donde cada elemento incluye una hoja doblada de manera individual y donde la pluralidad de hojas es colocada lado a lado en paralelo de manera que las superficies adyacentes de cada hoja doblada formen un pasaje de superficie humedecible o un pasaje resistente al vapor.

14.- Un elemento de intercambio de calor para un núcleo de un intercambiador de calor evaporativo formado a partir de al menos dos hojas de material laminado corrugado de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde las dos hojas son unidas para formar un pasaje que tiene paredes corrugadas para flujo de aire a través de las mismas y en donde las corrugaciones en lados opuestos del pasaje están a ángulos de intersección.

15.- El elemento de intercambio de calor de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque el pasaje está rodeado por superficies resistentes al vapor.

16.- Un núcleo de intercambio de calor que incluye una pluralidad de elementos de intercambio de calor de conformidad con la reivindicación 14 o 15 apilados lado a lado de manera que los pasajes entre los elementos apilados provean pasajes de superficie humedecibles.

17.- Un método para hacer un núcleo de intercambio de calor que comprende tomar una pluralidad de pares de hojas de material laminado corrugado como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, formar una pluralidad de bolsas a partir de pares de dichas hojas donde las superficies internas de cada bolsa son superficies resistentes al vapor, los bordes adyacentes de cada par de lados separados paralelos son sellados juntos para formar bolsas de extremos abiertos y apilar dichas bolsas en paralelo para formar pasajes de flujo de aire de superficie humedecibles entre cada par de bolsas adyacentes.

18.- Un método para efectuar intercambio de calor entre flujos de aire a contracorriente en un intercambiador de calor, el intercambiador de calor incluye un núcleo de intercambio de calor que comprende canales de flujo de aire húmedos y secos en contraflujo, dichos canales se forman con paredes corrugadas y en donde el aire de entrada se hace pasar por los canales secos para salir como aire acondicionado, una porción del aire de salida es revertida para pasar a través de los canales húmedos y efectuar intercambio de calor entre los canales secos y húmedos antes de ser vaciado.

19.- Un enfriador evaporativo que incluye un núcleo de intercambio de calor de conformidad con la reivindicación 13 o 16.

20.- Un método para operar un enfriador evaporativo que incluye un núcleo de ¡ntercambio de calor en donde canales de flujo de aire húmedos y secos adyacentes se encuentran en relación de intercambio de calor de flujo de aire a contracorriente donde agua es suministrada a los canales húmedos en un patrón de flujo descendente, caracterizado porque el agua es suministrada a los canales húmedos sobre una pluralidad de segmentos desde un extremo de entrada de aire a un extremo de salida de aire del núcleo durante la operación de dicho enfriador y en donde se hace circular agua a través de cada segmento relativamente por separado de segmentos adyacentes de manera tal que se establece un gradiente de temperatura apropiado desde un extremo de entrada de aire a un extremo de salida de aire del núcleo manteniendo diferentes temperaturas de agua en circulación en cada segmento.

21.- Un método para operar un enfriador evaporativo que incluye un núcleo de intercambio de calor adaptado para flujo de aire de intercambio de calor a través del mismo vía una pluralidad de canales de intercambio de calor, al menos algunos de dichos canales son canales húmedos donde agua es aplicada a y retenida por material humedecible en los canales húmedos, caracterizado porque se aplica agua a los canales húmedos en un patrón de flujo descendente intermitente y generalmente uniforme a través de todo el núcleo y en donde la aplicación de agua a los canales húmedos del núcleo es repetida antes de que el material humedecible se haya secado.

22.- El método de conformidad con la reivindicación 20 o 21 , caracterizado además porque el núcleo de intercambio de calor es como se reclama en la reivindicación 13 o 16.

23.- Un enfriador evaporativo que incluye un núcleo de intercambio de calor como se reclama en la reivindicación 13 o 16, un sistema de distribución de agua que incluye una pluralidad de distribuidores de agua para humedecer las superficies humedecibles, pasajes o canales, dichos distribuidores de agua están colocados por arriba del núcleo y dispuestos en relación paralela separada transversalmente del núcleo con relación a una dirección de flujo de aire a través del núcleo, cada distribuidor de agua está localizado dentro de un espacio respectivo por arriba del núcleo separado de los espacios de distribuidor de agua adyacentes, cada distribuidor de agua es suministrado desde un depósito respectivo e incluye también medios de restricción de flujo en una salida de flujo de aire de los canales resistentes al vapor para efectuar contraflujo de una porción del aire de salida a través de los canales húmedos a un escape.