PT105334B

PT105334B - Sistema de recuperação de calor, respetivo processo de recuperação de calor e uso.

Info

Publication number: PT105334B
Application number: PT105334A
Authority: PT
Inventors: Alberto Garcia Meliço José
Original assignee: Eidt - Engenharia, Inovação E Desenvolvimento Tecnológico, Sa
Priority date: 2010-10-13
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2021-01-07
Also published as: AU2011315156B2; RU2013120493A; US20130269917A1; WO2012049637A2; RU2575955C2; EP2627961B1; AU2011315156A1; PT105334A; CA2814611A1; EP2627961A2; US9651310B2; WO2012049637A3

Abstract

A PRESENTE INVENÇÃO DIZ RESPEITO A UM SISTEMA DE RECUPERAÇÃO DE CALOR, DE UMA PARTE DA ENERGIA DESPENDIDA NA PREPARAÇÃO DAS ÁGUAS RESIDUAIS, POR EXEMPLO ÁGUAS DE BANHOS OU COZINHAS, ENERGIA ESSA QUE É GERALMENTE PERDIDA QUANDO A ÁGUA É ESCOADA PARA O ESGOTO. ESTA ENERGIA PODE SER RECUPERADA E REUTILIZADA PARA AQUECER ÁGUA QUE É PRONTAMENTE UTILIZADA, POR EXEMPLO NO CHUVEIRO, OU PODE SER ARMAZENADA NUM TERMOACUMULADOR. ESTE SISTEMA É DESENVOLVIDO DE FORMA A, EM CONJUNTO COM QUALQUER BASE DE DUCHE OU BANHEIRA, CONSTITUÍREM NOMEADAMENTE UMA BASE DE DUCHE RECUPERADORA DE CALOR OU UMA BANHEIRA RECUPERADORA DE CALOR, POR EXEMPLO. O SISTEMA RECUPERADOR DE ENERGIA É COMPOSTO, PREFERENCIALMENTE, POR UMA SERPENTINA GERALMENTE DE COBRE, NO INTERIOR DE UM TUBO EM PVC QUE POSSUI NA EXTREMIDADE UMA PLACA ESTRANGULADORA (1) TAMBÉM EM PVC, FILTRO DE PROTECÇÃO DO SISTEMA CONTRA IMPUREZAS (3), ALETAS DE TURBULÊNCIA (2), E CAIXA EXTERIOR. O SISTEMA TEM UMA ESTRUTURA COMPACTA QUE BENEFICIA A SUA RÁPIDA ADAPTAÇÃO.

Description

DESCRIÇÃO

SISTEMA DE RECUPERAÇÃO DE CALOR, RESPECTIVO PROCESSO DE RECUPERAÇÃO DE CALOR E USO

Domínio técnico da invenção

A presente invenção diz respeito a um sistema de recuperação de calor funcionando como permutador de calor que faz a recuperação de parte da energia despendida na preparação das águas residuais, designadamente águas de banhos ou cozinhas, energia essa que é geralmente perdida quando a água é escoada para o esgoto. Esta energia pode ser recuperada e reutilizada para aquecer a água do banho, que é prontamente utilizada, por exemplo no chuveiro, ou pode ser armazenada num termoacumulador.

Este sistema é desenvolvido de forma a, em conjunto com qualquer base de duche ou banheira, constituírem uma base de duche recuperadora de calor ou uma banheira recuperadora de calor. 0 sistema recuperador de energia é composto, basicamente por um bloco permutador de calor que possui um tubo preferencialmente em PVC no interior do qual está uma serpentina preferencialmente em cobre, e dispõe de aperfeiçoamentos técnicos que permitem um aumento de eficiência em relação aos sistemas conhecidos, como se explicará à frente.

É um primeiro aperfeiçoamento a existência de uma placa estranguladora que retém a água no tubo de escoamento, retardando o escoamento.

filtro de protecção do sistema entupimento do sistema.

É um segundo aperfeiçoamento o contra impurezas, que evita o

É um terceiro aperfeiçoamento a construção modular e o isolamento térmico. 0 sistema tem uma estrutura compacta que beneficia a sua rápida adaptação a qualquer tipo de base de duche ou banheira existente no mercado.

As dimensões e os materiais dos diversos componentes do sistema podem ser adaptados pelo técnico da especialidade de acordo com as necessidades do projecto sem no entanto se sair do espirito da invenção.

Antecedentes da invenção

São conhecidos do estado da técnica sistemas de aproveitamento do calor proveniente das águas residuais designadamente águas residuais de chuveiros.

Assim o documento US4599870 de T. Hebert descreve um sistema de aproveitamento do calor com termos, que possui um bloco tradicional e uma válvula misturadora quente/frio. No seu conjunto trata-se de um sistema bastante convencional e pouco compacto.

documento DE29806939U1 descreve um sistema de aproveitamento de águas residuais aplicado em instalações de chuveiros (designadamente balneários) que recorre também a um bloco com uma construção especifica mas mais uma vez pouco compacta, adaptada à aplicação concreta, e um termoacumulador de água quente.

documento CA2038928A1 descreve uma bomba de calor para produção de água quente por sistema de compressão de vapor. Possui um evaporador que pode captar o calor do ambiente exterior ao estar submetido a esse mesmo ambiente exterior. Um sistema de serpentina capta o calor irradiado pelo compressor. 0 princípio de funcionamento é pois profundamente diferente da presente invenção.

pedido de patente portuguesa PT104608 intitulado Sistema de recuperação de calor e respectivo sifão é o documento do estado da técnica mais próximo. 0 presente pedido de patente constituí uma alternativa ao referido pedido na medida em que o sistema apresenta uma construção diferente, termodinamicamente mais evoluída com ganhos de eficiência energética.

Também existem vantagens de funcionamento designadamente por aplicação de novas peças com funções muito específicas e que tornam o sistema muito mais adaptado a condições reais de utilização. Um melhor isolamento térmico e uma montagem mais fácil em obra. Assim, o equilíbrio térmico é atingido mais rapidamente, conseguindo-se poupanças de energia na ordem dos 70%.

O sistema pode também funcionar de forma inversa, isto é, para arrefecer a água da rede que deve ser arrefecida antes de ser utilizada durante o duche. Nos países muito quentes a água da rede está demasiado quente. Nesses países há a necessidade de arrefecer a água em vez de a aquecer.

Sumário da invenção

É objectivo da presente invenção descrever um sistema de recuperação de calor com permutador de calor para recuperação de calor que compreende um colector de entrada de uma água da rede para uma instalação de duche, água essa que entra no sistema à temperatura tl, uma saída para essa água que sai à temperatura t2, depois de passar por uma serpentina que está no interior de uma tubagem de material plástico, no interior da qual passa a água residual que se escoa a partir de um ralo de uma instalação de banhos, àgua essa que se escoa e que entra na tubagem com uma temperatura t3 e que depois de permutar calor com a água que entra pelo colector da serpentina sairá para o esgoto com uma temperatura t4, compreendendo o sistema um ralo tradicional com um suporte de válvula com tampa, balde de resíduos, aro de rosca, vedante superior, vedante inferior, para assegurar estanquidade com o piso da instalação de banhos, onde o sistema permutador é constituído por um bloco (caixa compacta) no interior do qual se encontra o sistema permutador de calor, caixa essa que fica escamoteada debaixo do piso da instalação de banhos, possuindo o sistema um filtro adicional à entrada do deposito tubular que protege o sistema de quaisquer possíveis entupimentos, e com meios que asseguram um escoamento turbulento no interior do depósito, todavia evitando um escoamento demasiado rápido pela interposição no final da tubagem de uma placa estranguladora circular e que possui dois recortes, um recorte inferior mais pequeno (que deixa passar os detritos) e um recorte superior de maior dimensão.

Numa realização preferencial, o sistema de recuperação de calor apresenta um afastamento das espiras de 1/3 do diâmetro do tubo da serpentina.

Numa outra realização preferencial, o sistema de recuperação de calor apresenta aletas em forma de meia lua, com meias canas periféricas que são intercaladas alternadamente e à pressão entre cada par de espiras, e em que as aletas têm um pé inferior para suporte da serpentina no interior da tubagem de águas residuais.

Ainda numa outra realização preferencial, o sistema de recuperação de calor apresenta um sistema de filtragem constituído por uma peça plástica (filtro) circular que apresenta passagens estreitas em forma de fendas que formam um ou mais conjuntos complementares, e que encaixa no suporte plástico da válvula.

Numa outra realização preferencial, o sistema de recuperação de calor apresenta um enchimento com material isolante no interior do invólucro exterior (caixa).

Ainda numa outra realização preferencial, o sistema de recuperação de calor apresenta uma caixa exterior de plástico ou de chapa metálica, e de as suas diversas partes serem soldadas, aparafusadas, rebitadas ou coladas, ou simplesmente encaixadas.

Numa outra realização preferencial, o sistema de recuperação de calor apresenta uma caixa exterior de poliestireno rígida que possui um sistema de encaixe por pressão ou abraçadeiras e dispensa a utilização da caixa metálica exterior e também dispensa o isolamento de poliuretano.

Ainda numa outra realização preferencial, o sistema de recuperação de calor possui uma placa estranguladora colocada no final da tubagem.

Numa outra realização preferencial, o sistema de recuperação de calor apresenta aletas com forma triangular e duas meiascanas em baixo-relevo.

Ainda numa outra realização preferencial, o sistema de recuperação de calor apresenta aletas com uma pequena saliência.

Numa outra realização preferencial, o sistema de recuperação de calor apresenta um tubo de PVC com juntas circulares e uma serpentina com 0,012 metros de diâmetro e 6 metros de comprimento.

Ainda numa outra realização preferencial, o sistema de recuperação de calor apresenta uma canalização de água fria da rede que é ligada ao colector de entrada da serpentina e desde o colector de saída ser efectuada a ligação à torneira misturadora.

Numa outra realização preferencial, o sistema de recuperação de calor apresenta a utilização de um sistema de armazenamento intermédio por termoacumulador.

É ainda objectivo da presente invenção descrever um processo de recuperação de calor onde a água que entra no colector sai do sistema com uma temperatura superior t2 à temperatura de entrada tl (recuperador de calor), e nesse caso a temperatura t4 de saída da água residual é inferior à temperatura t3 de entrada.

Numa realização preferencial, o processo de recuperação de calor apresenta a água da rede a sair do colector de saída pré-aquecida podendo a temperatura de pré-aquecimento ir até 28°C através do calor retirado da água residual, considerando 31 °C como a temperatura com que a água residual entra no sistema.

Ainda numa outra realização preferencial, o processo de recuperação de calor apresenta a água que entra no colector (água da rede) sai do sistema com uma temperatura inferior t2 à temperatura de entrada tl (sistema arrefecedor de água) e nesse caso a temperatura t4 de saída da água residual é superior à temperatura de entrada t3.

É também objectivo da presente invenção descrever o uso do sistema de recuperação de calor e do processo de recuperação de calor como base de duche ou banheira ou ainda na recuperação de calor das águas residuais provenientes de chuveiros ou cozinhas.

Descrição das Figuras

A figura 1 representa uma visão de conjunto do sistema permutador de calor, onde os números se referem aos elementos:

- placa estranguladora;

- aleta de turbulência;

- filtro de protecção do sistema contra impurezas.

A figura 2 representa uma vista explodida da zona de entrada de águas residuais (ralo) e componentes da válvula com visão do suporte com rosca para a válvula de base do duche, tampa e balde de recolha de detritos.

A figura 3 representa a montagem do bloco permutador de calor na base de duche.

A figura 4 representa uma montagem do bloco numa base de duche do tipo instalação de banhos.

A figura 5 representa uma forma de realização de uma instalação de duche, onde os números se referem aos elementos:

- canalização da água da rede;

- canalização com água tépida/fria;

- zona de entrada de águas residuais (ralo).

A figura 6 representa uma forma de realização alternativa de uma instalação de duche, com a utilização de um termoacumulador, onde os números se referem aos elementos:

- canalização da água da rede;

- canalização com água tépida/fria;

- canalização de água quente;

- zona de entrada de águas residuais (ralo);

- termoacumulador.

A figura 7 representa uma aleta de turbulência com a sua forma em meia lua e duas meias canas para encaixe nas espiras da serpentina.

A figura 8 representa a placa estranguladora.

A figura 9 representa a montagem à pressão das aletas nas espiras da serpentina.

Descrição geral da invenção sistema recuperador de energia é composto, preferencialmente, por uma serpentina geralmente de cobre no interior de um tubo em PVC que possui na extremidade uma placa estranguladora (1) também em PVC, filtro de protecção do sistema contra impurezas (3), aletas de turbulência (2) e caixa exterior. 0 sistema de recuperação de energia apresenta um afastamento das espiras de 1/3 do diâmetro do tubo da serpentina.

É ainda desejável o isolamento térmico através do enchimento com material isolante, por exemplo em poliuretano, no interior da caixa ou com a utilização de uma caixa produzida em material isolante termicamente, por exemplo poliestireno. A caixa exterior deve ainda ser feita num material que forneça resistência mecânica ao conjunto, por exemplo uma caixa exterior metálica onde as diversas partes estejam soldadas, aparafusadas, rebitadas ou coladas, ou ainda simplesmente encaixadas. A caixa exterior pode ainda ser elaborada em poliestireno rígido que apresenta um sistema de encaixe por pressão ou abraçadeiras e dispensar a utilização da caixa metálica exterior e do isolamento anteriormente referidos.

Esta caixa no interior do qual se encontra o sistema permutador de calor fica escamoteada debaixo do piso, por exemplo por debaixo de uma instalação de banhos.

sistema poderá ser dotado de um filtro (3) de retenção de impurezas circular aplicado na entrada da tubagem de PVC, encaixado no suporte da válvula, de forma a evitar problemas de entupimento na tubagem em situações de esquecimento ou inexistência do balde. Desta forma é garantido que as impurezas (areias, cabelos, etc.) não seguem para a tubagem. Este filtro (3) de retenção apresenta passagens estreitas em forma de fendas que formam um ou mais conjuntos complementares .

A utilização de uma placa estranguladora (1) na parte final do sistema garante que a tubagem utilizada se encontra sempre em carga, ou seja, com água no seu interior quando em utilização. Desta forma garante-se que o sistema retém a água durante o tempo suficiente para que se dê a transferência de calor, e o sistema tenha tempo para potenciar ao máximo a recuperação de calor do mesmo. Já a existência de uma abertura na parte inferior e na parte superior da placa estranguladora (1) permitirá a passagem de areias ou outras impurezas que possam ter passado pelo primeiro filtro (3) e que de outra forma poderiam criar problemas de escoamento ou entupimento do sistema.

No sistema são ainda utilizadas pequenas aletas (2) intercaladas nas espiras da serpentina de forma a criar um regime turbulento no interior da tubagem de PVC. A criação deste regime turbulento potência a quantidade de calor recuperada. As aletas (2) têm forma de meia-lua e meiascanas periféricas que são intercaladas alternadamente e colocadas à pressão entre cada par de espiras para facilitar o encaixe das mesmas na serpentina. As aletas (2) podem ainda possuir uma pequena saliência que servirá para manter a sua posição no interior da tubagem com uma distância que se mantém constante e um pé inferior para suporte da serpentina no interior da tubagem de águas residuais. As aletas (2) podem ainda apresentar forma triangular e duas meias-canas em baixo-relevo.

A canalização (8) de água fria da rede pode ser ligada ao colector de entrada da serpentina e desde o colector de saída ser efectuada a ligação à torneira misturadora ou podendo opcionalmente ser usado um sistema de armazenamento intermédio por termoacumulador (12).

processo de recuperação de calor com o sistema aqui apresentado implica que a água que entra no colector saia do sistema com uma temperatura superior t2 quando comparada à temperatura ambiente tl (recuperador de calor), e nesse caso a temperatura t4 de saída da água residual é inferior à temperatura t3 de entrada. A água da rede deve sair do colector de saída pré-aquecida podendo ir a temperatura de pré-aquecimento até aos 28°C através do calor retirado da água residual, considerando 31°C como a temperatura com que a água residual entra no sistema.

A água que entra no colector (água da rede) sai do sistema com uma temperatura inferior t2 à temperatura de entrada tl (sistema arrefecedor de água) e nesse caso a temperatura t4 de saída da água residual é superior à temperatura de entrada t3.

Os resultados obtidos indicam que o ganho de temperatura ao utilizar este sistema é superior ao do sistema mencionado no pedido de patente PT104608, em cerca de 30% para tamanhos de tubagem comparáveis. É ainda possível obter maiores ou menores ganhos de temperatura em função da versão do sistema utilizada, nomeadamente no que se refere ao seu comprimento de tubagem e/ou utilização de isolamento térmico. Isto acarretará uma poupança considerável em termos do consumo de energia doméstica. Por outro lado, o facto de o bloco estar integrado no sistema facilita a montagem do sistema de recuperação de calor na base de duche ou banheira, uma vez que fica assegurado o correcto posicionamento dos componentes a montar.

Modos de realização preferenciais

Num modo de realização preferencial, o sistema é aplicado na base de chuveiro ou na parte inferior de banheira.

A água do banho escorre para o ralo (11) pela válvula de base de duche, com a maioria das impurezas a ficarem retidas no balde ou no caso de inexistência do mesmo, a ficarem retidas no filtro (3) colocado na entrada do tubo. Esta água residual passa então para a tubagem, onde se dá a transferência de calor para a serpentina (água quente de banho). Nesta realização preferencial é utilizado um tubo de PVC com juntas circulares e serpentina com 0,012 metros de diâmetro e 6 metros de comprimento. No final da tubagem, está montada uma placa estranguladora (1) para permitir que o sistema tenha água durante o tempo suficiente para promover a transferência de calor. Em seguida, a água residual escorre para o esgoto.

sistema possui uma serpentina ligada a um colector de entrada, por onde passa o fluido que efectuará a recuperação do calor da água residual da tubagem. Esta serpentina está montada de forma helicoidal no interior da tubagem. Ao longo da serpentina estão montadas várias aletas (2) intercaladas entre as espiras, de forma a criar um regime turbulento no interior da tubagem de forma a potenciar a recuperação de calor. Posteriormente a água no interior da serpentina passará pelo colector de saída do sistema, para utilização ou para ser armazenada num termoacumulador (12).

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de recuperação de calor que compreende um colector de entrada de água da rede, , compreendendo o sistema um ralo tradicional (11) com um suporte de válvula com tampa,sistema de filtro (3), aro de rosca, vedante superior e vedante inferior, um depósito tubular, e em que o sistema de filtro está disposto na entrada do depósito tubular que protege o sistema de quaisquer possíveis entupimentos, e com meios que asseguram um escoamento turbulento no interior do depósito, todavia evitando um escoamento demasiado rápido pela interposição no final da tubagem de uma placa estranguladora (1) circular e o sistema de recuperação de calor compreende adicionalmente uma serpentina para água fria dentro da tubagem, caracterizado por,

- o sistema de recuperação de calor ser composto por um bloco, e em que, a placa estranguladora (1) circular possui dois recortes, um recorte inferior mais pequeno, que deixa passar os detritos, e um recorte superior de maior dimensão, em que adicionalmente,

- o sistema de recuperação de calor tem aletas de turbulência (2) em forma de meia lua, cada uma compreendendo meias canas periféricas em baixo-relevo, de tal forma que encaixam nas espiras da serpentina para água fria, e estão intercaladas alternadamente e colocadas à pressão entre cada par de espiras e as aletas de turbulência (2) compreendem um pé inferior para suportar a serpentina no interior da tubagem.
2. Sistema de recuperação de calor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por apresentar um afastamento das espiras de 1/3 do diâmetro do tubo da serpentina.
3. Sistema de recuperação de calor de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por o sistema de filtragem ser constituído por uma peça plástica ou filtro circular que apresenta passagens em forma de fendas que formam um ou mais conjuntos complementares, e que encaixa no suporte plástico da válvula.
4. Sistema de recuperação de calor de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por apresentar um enchimento com material isolante no interior da caixa exterior.
5. Sistema de recuperação de calor de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por a caixa exterior ser de plástico ou de chapa metálica, e de as suas diversas partes serem soldadas, aparafusadas, rebitadas ou coladas, ou simplesmente encaixadas.
6. Sistema de recuperação de calor de acordo com as reivindicações 1 a 4, caracterizado por a caixa exterior ser de poliestireno rígida que possui um sistema de encaixe por pressão ou abraçadeiras e dispensar a utilização da caixa metálica exterior e também dispensar o isolamento de poliuretano.

Ί. Sistema de recuperação de calor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as aletas de turbulência (2) utilizadas apresentarem uma saliência.
8. Sistema de recuperação de calor de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por apresentar um tubo de PVC com juntas circulares e a serpentina ter 0,012 metros de diâmetro e 6 metros de comprimento.
9. Sistema de recuperação de calor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a canalização de água fria da rede (9) ser ligada ao colector de entrada da serpentina e desde o colector de saída ser efectuada a ligação à torneira misturadora.
10. Sistema de recuperação de calor de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por apresentar um sistema de armazenamento intermédio (12) por termoacumulador.
11. Processo de recuperação de calor de acordo com o sistema indicado nas reivindicações anteriores, caracterizado por a água que entra no colector sair do sistema com uma temperatura superior t2 à temperatura de entrada tl, e nesse caso a temperatura t4 de saída da água residual é inferior à temperatura t3 de entrada.
12. Processo de recuperação de calor de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por a água da rede que entra no colector, sair do sistema com uma temperatura inferior t2 à temperatura de entrada tl e nesse caso a temperatura t4 de saída da água residual é superior à temperatura de entrada t3.
13. Processo de recuperação de calor de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 12para recuperação de calor das águas residuais provenientes de cozinhas ou chuveiros em que o sistema de recuperação de calor descrito nas reivindicações 1 a 2 é usado como base de duche ou banheira.