CAMPO DE LA INVENCION

La presente invención se refiere a intercambiadores de calor, es decir, aparatos que permiten transferir el calor entre dos fluidos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En los sitios donde el verano es cálido, actualmente mucha gente duerme con su equipo de aire acondicionado funcionando para refrescar el ambiente hasta su nivel de confort, pero en la mañana siguiente se baña al despertar o después de hacer ejercicio para quitar el sudor y refrescarse; para ello requiere de agua caliente de un calentador, que pudo haber sido solar que usó el calor del sol del día anterior pero que ya no genera suficiente energía y lo completa con uno convencional, o usa solamente el calentador convencional de electricidad o gas, mientras que el calor que generó el equipo de aire acondicionado toda la noche se desperdició tirándolo al ambiente.

Los equipos de aire acondicionado convencionales de ciclo de Carnot o de Carrier toman el calor absorbido en el interior de las habitaciones más el generado por el propio equipo y lo tiran al ambiente a través del difusor que sirve de condensador emitiendo una gran cantidad de calor incrementando el calentamiento del planeta. Por otra parte, para las mismas habitaciones se utilizan calentadores de agua para servicio y uso humano, que también consumen mucha energía.

Usualmente estos dos sistemas son independientes, es decir no tienen relación, lo que se vuelve un doble desperdicio. La presente invención conecta estas dos funciones para aprovechar el calor tirado y desperdiciado del equipo de aire acondicionado y en vez de tirarlo al ambiente aprovecharlo para calentar el agua, evitando el gasto de calentarla por una parte y liberar al equipo de aire acondicionado de la tarea de eliminar una parte del calor que tira al ambiente y por ello eficientarlo, evitando una carga mayor de calor al ambiente. Asi el consumo energético disminuye produciendo un ahorro al usuario y también el daño ambiental. Este equipo también puede usarse para aprovechar el calor residual de otros equipos como motores de combustión, refrigeradores, congeladores, etc.

Existen varios intercambiadores de tubos concéntricos para los sistemas de aire acondicionado por agua fría, de mayor tamaño tipo Schiler, pero solo son eficientes cuando ambos funcionan juntos: calentador y aire acondicionado, son como los calentadores de paso.

La patente US 3,976,129 se refiere a un intercambiador de calor con un tubo interno en espiral el cual está rodeado por un tubo exterior, es decir, tubos concéntricos, en donde el intercambio de calor ocurre entre el tubo interno y el tubo exterior. En este caso, la combustión de un hidrocarburo genera un gas con elevada temperatura que se hace pasar por el tubo interno. Los tubos en espiral están colocados dentro de un tanque que preferentemente está a vacio para minimizar la pérdida de calor a través de la pared del tanque. Se suministra un liquido vaporizable bajo presión al tubo exterior en dirección opuesta al flujo de gas de combustión para la vaporización del liquido. El documento no menciona la aplicación de intercambio de calor sobre agua.

La patente EP2762821 se refiere a un intercambiador de calor asociado a aire acondicionado. Tiene una tubería de descarga a la que se le descarga el fluido intercambiado con refrigerante, y dos tubos de refrigerante provistos de dos tubos en espiral y conectados en paralelo. El intercambiador comprende una carcasa, al menos un tubo de refrigerante que tiene una porción de tubo espiral dispuesta dentro de la carcasa y porciones de tubo de penetración que penetran en la carcasa, al menos un tubo de inyección que inyecta y guía un fluido de fuente de calor hacia el interior de la carcasa, un tubo de descarga posicionado dentro de la carcasa, y una tubería de descarga externa.

El modelo de utilidad MX/u/2015/ 000207 de mi propiedad se refiere a un equipo en forma de prisma rectangular que, aunque funciona como intercambiador de calor, tuvo problemas de operación al aumentar la presión, y no era lo suficientemente eficiente y robusto como deseaba por tener una forma no hidrodinámica con muchos espacios muertos y cortocircuitos hidráulicos.

OBJETIVO DE LA INVENCIÓN Crear un equipo capaz de tomar la energía residual de un primer equipo como el del aire acondicionado tradicional, a través de sus fluidos calientes y que la transfiera a otro fluido para usarse, almacenarse o transformarse en fluido caliente para poder aprovechar dicha energía y así ayudarle a perder calor al equipo que enfría, para eficientarlo y disminuir el daño ambiental en viviendas y edificios.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS

La figura 1 es un corte transversal del equipo intercambiador de calor.

La figura 2 presenta a detalle la placa laminar en forma de hélice con el tubo de fluido caliente acoplado en su parte inferior .

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION

La presente invención se refiere a un equipo intercambiador de calor que consta esencialmente de un tanque (9) de forma considerablemente cilindrica, cerrado en sus extremos e impermeable al agua. Tal como se ilustra en la Figura 1, el tanque (9) presenta una cara superior (1) de forma abovedada, y una cara inferior (12) de forma cóncava, para reforzar la estructura cuando el equipo opera a presiones elevadas. La cara abovedada (1) y la cara cóncava (12) le permiten al equipo ser hidrodinámico y resistir no solo el flujo de manera eficiente, sino que también soporta la presión mejor que otras configuraciones, sin deformarse.

Las caras (1) y (12) pueden formar una sola pieza con el respectivo cuerpo cilindrico. Sin embargo, también se pueden construir como tapas independientes que se unen en su extremo superior e inferior al cuerpo cilindrico, por ejemplo, mediante soldadura.

De preferencia, el tanque (9) está contenido dentro de un segundo tanque (10), denominado tanque externo, en donde ambos tanques (9) y (10) están separados por un aislamiento térmico (11) para evitar la pérdida de calor al ambiente. El segundo tanque o tanque externo (10) tiene la función de proteger al primer tanque o tanque interno (9) y contener el aislamiento térmico (11) . De preferencia, ambos tanques están dispuestos en forma vertical.

El tanque (9) en su parte superior cuenta con al menos un tubo (3) de entrada del gas o fluido caliente que proviene por ejemplo de algún equipo de aire acondicionado o de alguna fuente externa de calor (no mostrados en las figuras) . Este tubo (3) también se puede apreciar con detalle en la Figura 2.

En su interior, el tanque (9) contiene una placa laminar en forma de hélice (6) con eje en el centro (18), que va desde el extremo inferior al extremo superior. La hélice (6) se aprecia con detalle en la Figura 2. Por debajo de la hélice (6) se encuentra adherido o unido al menos un tubo (16) por el cual circula el gas o fluido caliente que se va a enfriar en el interior del tanque (9) . El tubo (16) se conecta al tubo de entrada (3) para recibir el gas o fluido caliente (ver Figura 2), y tiene la misma trayectoria helicoidal de la lámina (6) .

Como alternativa, no mostrada en las figuras, se puede modificar el número de tubos de entrada de fluido caliente (3) a dos o más. También se puede modificar el número de tubos (16) helicoidales a dos o más, siempre siguiendo la trayectoria helicoidal de la lámina (6) .

Regresando a la Figura 1, el equipo cuenta en su porción inferior con al menos un tubo de entrada (14) de fluido a calentar (que en la modalidad preferida es agua) . Este fluido a calentar entra al tanque (9) para hacer contacto con la hélice (6) . De ese modo, el gas o fluido caliente que circula por el equipo a través del tubo (16), cederá su calor hacia el fluido a calentar que penetra por el o los tubos de entrada (14) . La placa (6) permite una mayor área de contacto con el fluido a calentar. En la parte superior del tanque (9) se encuentra al menos un tubo para salida del fluido (por ejemplo, agua) ya calentado (4) .

El gas o fluido caliente que circula por el o los tubos (16) se enfriará y se condensará. Para dar salida a este fluido que cedió su calor y que se ha condensado, cada tubo (16) se acopla a un tubo (15) de salida ubicado en la parte inferior del tanque (9) .

En la modalidad preferida, cuando el tanque (9) está contenido dentro del tanque externo (10) con aislamiento térmico entre ambos tanques, los tubos de carga (3) y (14) y de descarga (4) y (15) salen por los extremos del tanque exterior (10) . Es decir, todos los tubos (3), (4), (14) y

(15) se prolongan hacia fuera del tanque externo (10) para ser abastecidos y para descargar.

Durante la operación del equipo en la modalidad preferida, el fluido a calentar penetra al tanque (9) a través del tubo (14) . En el tanque (9) se encuentra el sistema de intercambio de calor formado por uno o más tubos

(16) y la hélice (6), dicho sistema genera un proceso de intercambio de calor gradual y con mayor tiempo de retención. El fluido a calentar asciende hasta salir por el tubo (4) ubicado en la parte superior del tanque (9) y hacia el exterior (10) . De este modo, se logra la transmisión de calor de un fluido al otro a través de la pared del tubo (16) por radiación y diferencial térmico y también por convección por el sitio de entrada y salida colocados en los extremos, ya que uno está en la parte superior y el otro en la inferior, toda vez que el tanque (9) está en posición preferentemente vertical .

En la modalidad preferida, cuando se utiliza el tanque exterior (10), éste de preferencia también tiene forma considerablemente cilindrica y tiene su cara superior abovedada o ligeramente inclinada desde el centro, para evitar el estancamiento del agua del ambiente en la parte superior, mientras que la porción inferior puede ser de cualquier forma, por ejemplo, aplanada, cónica o cóncava. De preferencia, el segundo tanque o tanque exterior (10) está sustentado en su parte inferior por tres o más patas (13) para separarlo de donde se asentará y evitar daños a los materiales .

Para protección del equipo, de preferencia se deben instalar uno o más tubos de venteo (2) de salida de aire y de alivio de presión, en la parte superior del tanque (9), tal como se muestra en la Figura 1. Como alternativa, se pueden colocar uno o más tubos de venteo en el tubo (4) de salida de fluido ya calentado.

Adicionalmente, se pueden incluir uno o más tubos (17) para purga de lodos en la parte inferior del equipo. En otra modalidad, no mostrada en las figuras, el tanque (9) puede contar con alguna de las caras superior o inferior, o ambas, con forma plana, si el fluido que pasa por la espiral se conduce por gravedad. En este caso, pueden usarse caras planas porque no se requiere gran resistencia mecánica a la presión. Como alternativa, las caras superior e inferior del tanque (9) pueden ser cónicas.

En la modalidad preferida, cuando se utiliza el tanque exterior (10) como resguardo del tanque interior (9), las caras superior e inferior de ambos tanques pueden ser iguales o diferente entre si.