"Recuperador de calor e sua utilização"

Domínio técnico

0 presente pedido descreve um recuperador de calor e sua utilização .

Antecedentes

É do conhecimento do estado da técnica a utilização de recuperadores de calor para chuveiros aquecidos.

No documento BR0003118 (A) é descrito um recuperador de calor que tem a função de recuperar o calor contido na água do banho e transferi-lo para a água que abastece o chuveiro ou equipamento de aquecimento de água, proporcionando um menor consumo de energia. Este recuperador de calor pode ser instalado acima do piso ou embutido neste. O recuperador de calor é constituído por uma caixa com piso vazado contendo no interior da caixa um tubo que faz a troca de calor que uma vez envolvido pela água do banho quente, transmite o calor para a água que abastece o chuveiro ou equipamento de aquecimento de água, já que a mesma, antes de chegar à torneira ou ao equipamento de aquecimento de água, passa pelo interior do referido tubo.

Sumário

O presente pedido descreve um recuperador de calor compreendido por uma caixa exterior de formato ajustável à base onde é instalado e que compreende no seu interior um tubo por onde passa um fluido que será aquecido e reintroduzido na linha de alimentação ou equipamento de aquecimento de águas em que o referido tubo apresenta uma circunvalação com um espaçamento que conduz a água do banho no espaço por entre a circunvalação.

Numa forma de realização, o tubo interior do recuperador de calor apresenta a forma de espiral.

Numa outra forma de realização, o tubo interior do recuperador de calor apresentar a forma de espiral em forma de S.

Ainda numa outra forma de realização, o tampo do recuperador de calor apresenta a zona de escoamento de águas no seu centro geométrico.

Numa forma de realização, o tampo do recuperador de calor compreender canais de escoamento inclinados e/ou planos exteriores inclinados.

Numa outra forma de realização, a zona de escoamento águas do recuperador de calor compreende um filtro retenção de impurezas.

Ainda numa outra forma de realização, os canais de escoamento do recuperador de calor compreendem inclinação interna .

Numa forma de realização, a caixa exterior do recuperador de calor é elaborada em material metálico, compósito ou polimérico .

Numa outra forma de realização, o recuperador de calor compreende suportes niveladores e/ou parafusos de fixação ao piso e/ou ventosas. Ainda numa outra forma de realização, o permutador interior do recuperador de calor é do tipo roll-bond.

Numa forma de realização, o tubo interior do recuperador de calor compreende ranhuras no seu interior.

Numa outra forma de realização, o fluido no interior do tubo interior do recuperador de calor está em contra- corrente em relação ao fluxo da água do banho.

Ainda numa outra forma de realização, a caixa exterior recuperador de calor compreende orifícios.

Numa forma de realização, o recuperador de calor compreende um tubo ligado a um coletor de entrada e outro tubo ligado ao coletor de saída.

Numa outra forma de realização, o recuperador de calor compreende reentrâncias e protuberâncias no espaço por entre a circunvalação do tubo interior.

O presente pedido descreve ainda a utilização do recuperador de calor acima descrito na recuperação de energia de águas quentes sanitárias, como sejam águas de banhos ou águas de cozinha, quer sejam águas de uso doméstico ou industrial.

Descrição geral

O presente pedido descreve um recuperador de calor, de uma parte da energia despendida na preparação de águas quentes, energia essa que é geralmente perdida quando a água é escoada para o esgoto. Com o recuperador de calor que agora se apresenta esta energia pode ser recuperada e reutilizada para aquecer a água, que é prontamente utilizada, por exemplo no chuveiro ou torneira, ou equipamento de aquecimento de água.

O recuperador de calor é compreendido por uma caixa exterior de formato ajustável à base onde é instalado, em geral retangular ou redondo, a qual pode ser colocada sobre o piso ou embutida no mesmo, com a zona de escoamento de águas, por exemplo no seu centro, e que compreende no seu interior um tubo interior, que pode estar em espiral, em forma de S ou outras configurações adequadas, por onde passa um fluido, por exemplo água, que é reintroduzida na linha de alimentação, por exemplo de um chuveiro elétrico ou torneira, ou equipamento de aquecimento de água.

O tampo do recuperador de calor pode compreender canais inclinados e/ou mesmo planos inclinados por forma a encaminhar a água após utilização, por exemplo água de duche ou água de cozinha, para a zona de escoamento de águas. Os canais podem até apresentar uma inclinação interna, para facilitar o escoamento. O tampo está dimensionado para que a totalidade da água seja encaminhada para o ponto pretendido, já que de outra forma pode perder- se água para as laterais, perdendo-se na totalidade o calor adquirido por essa água. Esta função do tampo para encaminhamento da água para a zona de escoamento de águas terá uma forma de realização que está intrinsecamente ligada à forma do trocador de calor instalado no interior do recuperador de calor. Por exemplo, no caso da utilização de um trocador de calor em espiral, a água deverá ser encaminhada para o centro geométrico do tampo. No interior da caixa, o espaçamento entre tubos na circunvalação do tubo interior, deverá ser dimensionado de acordo com o caudal de banho, de forma ao escoamento percorrer o caminho definido por entre os tubos e em secção cheia, por forma a se aumentar assim o tempo de residência da água no interior da caixa e, consequentemente, a eficiência do sistema. Assim garante-se que a água após passar pela zona de escoamento de águas e cair para o centro da espiral é obrigada a percorrer todo o caminho por entre a circunvalação do tubo. Desta forma garante-se que o recuperador 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. Nos casos em que o caudal é superior, o utilizador deverá aplicar um redutor de caudal à saida da torneira misturadora por forma a maximizar a eficiência do sistema.

A zona de escoamento de águas pode compreender um filtro de retenção de impurezas aplicado na zona de escoamento de águas, encaixado no suporte da válvula, de forma a evitar problemas de entupimento na tubagem. Desta forma é garantido que as impurezas, como por exemplo areias, cabelos, ou outras, não seguem para a tubagem.

Apesar disso, em qualquer circunstância a caixa do recuperador de calor permite o acesso ao trocador de calor, por exemplo através da utilização de um fecho com ou sem dobradiças, e por conseguinte permitir a sua limpeza interior .

É ainda desejável a utilização de uma caixa feita num material que forneça resistência mecânica ao conjunto e que seja isolante termicamente, como por exemplo utilizando materiais compósitos, metálicos e/ou poliméricos, como por exemplo poliestireno e metal.

Este recuperador de calor pode ser aplicado na recuperação de energia de águas quentes sanitárias, como sejam águas de banhos ou águas de cozinha quer sejam águas de uso doméstico ou industrial.

Breve descrição das figuras

Para uma mais fácil compreensão da técnica juntam-se em anexo as figuras, as quais, representam realizações preferenciais que, contudo, não pretendem limitar o objeto do presente pedido.

A Figura 1 descreve uma vista superior de uma forma de realização do recuperador de calor com a caixa fechada.

A Figura 2 descreve uma vista superior de uma forma de realização do recuperador de calor com a caixa aberta, onde se pode visualizar o tubo interior em forma de S .

A Figura 3 descreve uma vista em perspetiva de uma forma de realização do recuperador de calor com a caixa aberta, onde se pode visualizar o tubo interior em forma de S e os orifícios de saída da água residual.

A Figura 4 descreve uma vista superior de uma forma de realização do recuperador de calor com a caixa fechada.

A Figura 5 descreve uma vista superior de uma forma de realização do recuperador de calor com a caixa aberta, onde se pode visualizar o tubo interior em espiral. A Figura 6 descreve uma vista em perspetiva de uma forma de realização do recuperador de calor com a caixa aberta, onde se pode visualizar o tubo interior em espiral e os orifícios de saída da água residual.

A Figura 7 descreve uma vista em corte de uma aplicação do recuperador de calor com a caixa fechada numa cabine de duche .

A Figura 8 descreve uma vista em corte de uma aplicação do recuperador de calor com a caixa aberta numa cabine de duche .

Descrição de formas de realização

Em seguida, algumas formas de realização vão ser descritas de forma mais pormenorizada, as quais não pretendem contudo limitar o âmbito do presente pedido.

O presente pedido descreve um recuperador de calor, de uma parte da energia despendida na preparação de águas quentes, energia essa que é geralmente perdida quando a água é escoada para o esgoto. Com o recuperador de calor que agora se apresenta esta energia pode ser recuperada e reutilizada para aquecer a água do banho, que é prontamente utilizada, por exemplo no chuveiro, ou pode ser encaminhada para o equipamento de aquecimento de água.

Num modo de realização, o recuperador de calor é aplicado na base de chuveiro ou na parte superior de uma banheira. Para que o recuperador de calor possa estar nivelado e desta forma garantir um correto escoamento da água, e para que o equipamento esteja estável e evitar quedas do seu utilizador, são montados suportes niveladores e/ou parafusos de fixação ao piso e/ou ventosas.

O recuperador de calor é de formato ajustável à base onde é instalado, com uma caixa exterior em geral retangular ou redonda, a qual pode ser colocada acima do piso ou embutida no mesmo, com a zona de escoamento de águas, por exemplo no seu centro, e que compreende no seu interior um tubo por onde passa a água que é reintroduzida na linha de alimentação, por exemplo de um chuveiro, ou encaminhada para o equipamento de aquecimento de água. Numa forma de realização alternativa, o permutador interior pode ser do tipo roll-bond.

O tubo pode apresentar uma configuração em espiral, conforme ilustrado na figura 5, ou uma configuração em forma de S, conforme ilustrado na figura 2. Este tubo pode compreender ranhuras no seu interior por forma a maximizar a área de superfície e dessa forma poder aumentar significativamente a quantidade de calor recuperado.

A água do banho escorre para o ralo pela zona de escoamento de águas, onde pode estar aplicado um filtro de retenção de impurezas, onde a maioria das impurezas ficam retidas. Esta água residual passa então para uma zona inferior, onde passa por entre as espiras do trocador de calor, ocorrendo trocas de calor com a água que percorre o interior do tubo. O fluido que passa no interior do tubo pode estar em contra-corrente com a água residual para aumento das trocas de calor. Nas extremidades da caixa podem estar montados pequenos orifícios por onde a água residual escorre posteriormente para o esgoto. O recuperador de calor compreende um tubo ligado a um coletor de entrada, por onde passa o fluido que efetuará a recuperação do calor da água residual da tubagem. Nos pontos por onde a água passa entre as espiras podem ser colocadas reentrâncias e protuberâncias de forma a criar um regime turbulento que potencie a recuperação de calor. Posteriormente o fluido no interior do tubo passará pelo coletor de saída do sistema, para utilização ou para ser encaminhada para o equipamento de aquecimento de água ou reservatório .

A canalização de água fria da rede é ligada ao coletor de entrada e recebe desde o coletor de saída até à canalização através de uma ligação à torneira misturadora ou encaminhada para o equipamento de aquecimento de água.

A água que entra na torneira misturadora ou que chega ao equipamento de aquecimento de água, sai do recuperador de calor com uma temperatura superior t2 à temperatura de entrada tl, e assim sendo a temperatura t4 de saída da água residual é inferior à temperatura t3 de entrada. O aumento de temperatura da água que entra no tubo interior do recuperador de calor pode estar compreendido entre os 10 e os 30°C, em função da relação de caudais e temperatura das águas .

Os resultados obtidos indicam que o ganho de temperatura ao utilizar este recuperador de calor é superior em cerca de 40% quando comparado com os recuperadores de calor do estado da técnica 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, forma de arranjo do tubo no interior da caixa, utilização da água em contra-corrente e/ou utilização de isolamento térmico. Esta solução acarretará uma poupança considerável em termos do consumo de energia. Por outro lado o facto de todos os elementos estarem inscritos no interior do recuperador de calor facilita a sua montagem, uma vez que fica assegurado o correcto posicionamento dos componentes a montar.

A presente tecnologia não é, naturalmente, de modo algum restrita às formas de realizações descritas neste documento e uma pessoa com conhecimentos da área poderá prever muitas possibilidades de modificação da tecnologia sem se afastar da ideia geral, tal como definido nas reivindicações.

Todas as formas de realização acima descritas são obviamente combináveis entre si. As seguintes reivindicações definem adicionalmente formas de realização preferenciais .