BR112012017557B1

BR112012017557B1 - Peça de conexão, conjunto de pás giratórias de trocador de calor para um túnel de vento de recirculação, conjunto de pás e método para uso com túnel de vento

Info

Publication number: BR112012017557B1
Application number: BR112012017557-2A
Authority: BR
Inventors: Alan N. Metni; Mark Arlitt
Original assignee: Skyventure International (Uk) Ltd.
Priority date: 2010-01-15
Filing date: 2011-01-15
Publication date: 2020-09-24
Also published as: CN105509993A; ZA201206046B; HK1174382A1; PL3382364T3; HK1217040A1; KR101940198B1; IL220929A; EP3382364B1; PT2524199T; KR101810706B1; WO2011088426A1; KR102064138B1; CY1120376T1; LT2524199T; EP3382364A1; SI2524199T1; DK2524199T3; US20160069773A1; CN105509993B; KR101940192B1

Abstract

trocador de calor de pás giratórias de túnel eólico. é descrito um sistema de resfriamento para um túnel eófico. o trocador de calor de acordo com o presente relatório descritivo é formado na forma de pá giratória em um duto de fluxo de ar de um túnel eólico de recirculação. as pás individuais são formadas com alumínio extrudado com canais de fluido refrigerante que correm continuamente pelo comprimento dá pá. podem ser utilizados um ou mais canais, w dependendo da aplicação da pá e da capacidade de resfriamento necessária. o lado externo das pás possui formato de aerofólio para girar eficientemente o fluxo de ar na quantidade desejada de forma bem conhecida na técnica. as pás giratórias são conectadas a uma fonte de fluido com conectores de peça única que são fixadas de forma removível às pás giratórias. na realização ilustrada, os conectores são fixados com parafusos. na realização ilustrada, os conectores são formados como uma única peça em um molde de injeção com duas peças.

Description

PEÇA DE CONEXÃO, CONJUNTO DE PÁS GIRATÓRIAS DE TROCADOR DE CALOR PARA UM TÚNEL DE VENTO DE RECIRCULAÇÃO, CONJUNTO DE PÁS E MÉTODO PARA USO COM TÚNEL DE VENTO

Referência Cruzada a Pedidos

[001] O presente pedido é um pedido não provisório que reivindica o benefício do pedido provisório n° 61/295.229, depositado em quinze de janeiro de 2010, que é incorporado ao presente como referência para todos os propósitos.

Antecedentes

[002] Túneis de ventos possuem muitos usos, incluindo dispositivos de treinamento e pesquisa e/ou passeios de lazer que permitem a uma pessoa simular pára-quedismo. Os túneis de ventos possuem dois tipos amplos, de fluxo aberto e de recirculação. Além disso, os túneis de ventos podem ser orientados horizontal ou verticalmente, ou seja, com o fluxo de ar na seção de teste ou seção de vôo geralmente paralela ao solo ou geralmente vertical. Geralmente, apenas túneis de ventos que serão utilizados para simular queda livre são construídos verticalmente, pois a construção de um túnel vertical aumenta significativamente os gastos. Em qualquer túnel de recirculação, a direção do fluxo de ar deve ser alterada por muitas vezes, de tal forma que, após uma passagem através do sistema, o ar termina onde começou. Pás giratórias são frequentemente utilizadas com este propósito para alterar a direção de fluxo de ar ao manter a natureza laminar do fluxo de ar, de forma a reduzir a energia necessária para fazer o ar girar.

[003] O ar que flui sobre as superfícies internas do túnel de vento cria fricção e, portanto, calor. Caso o túnel seja de fluxo aberto, aquele calor é automaticamente ejetado do sistema para a atmosfera. Em um túnel de recirculação em circuito fechado, virtualmente toda a energia colocada no sistema torna-se calor. Cada quilowatt de eletricidade utilizado por esse túnel cria cerca de 3414 unidades térmicas britânicas de calor a cada hora. Alguns desses túneis de ventos de recirculação utilizam 2500 ou mais quilowatts de eletricidade e, portanto, podem gerar mais de oito milhões de BTUs de calor por hora. Em um túnel com circuito fechado, esse calor rapidamente acumula-se em um nível que pode ser insuportável para os ocupantes. Caso uma pessoa deva estar no trajeto de fluxo de ar, frequentemente é necessário remover esse calor (resfriar o ar) para garantir que a pessoa permaneça segura e confortável. O resfriamento do ar às vezes necessita ser realizado em túneis de pesquisa quando a temperatura do ar for parte das condições de teste. Além disso, caso se possa capturar e transportar efetivamente esse calor para um local distante do túnel de vento onde pode ser necessário de outra forma, toda ou a maior parte da energia empregada para operar o túnel de vento pode ser reciclada ou recapturada e utilizada em seguida para aquecer uma outra estrutura ou área. Desta forma, adequadamente situado próximo de uma instalação que necessita de calor (tal como um shopping center ou parque aquático), a maior parte do custo de energia do túnel de vento pode ser compensada pela economia da reciclagem de calor.

[004] Um método que foi utilizado para resfriar o ar em um túnel de vento em recirculação é a inserção de uma bobina de resfriamento no fluxo de ar e a conexão daquela bobina a um refrigerador externo. O calor é transferido através das paredes da bobina para um fluido ou outro meio no interior da bobina. O meio é bombeado em seguida para outro local onde o calor pode ser removido do meio. Infelizmente, essas bobinas de resfriamento do estado da técnica agregam grande quantidade de arrasto para o túnel de vento (até o dobro do arrasto total do sistema) devido à fricção adicional causada pela passagem do ar sobre a superfície da bobina. Mais energia também foi necessária para superar o arrasto adicional induzido pela bobina no fluxo de ar. Cada quilowatt adicional necessário para superar esse arrasto de sistema de resfriamento torna-se em seguida mais calor, que necessita de remoção. Desta forma, este método do estado da técnica de inserção de bobinas de resfriamento tradicionais no fluxo de ar é uma forma muito ineficiente de resfriamento de um túnel de vento em recirculação.

[005] Um outro método utilizado para resfriar túneis de ventos foi o de embutir bobinas de resfriamento no interior de componentes que, por alguma outra razão, já existiam no fluxo de ar. Um exemplo é a inserção de bobinas de resfriamento nas pás giratórias utilizadas para alterar a direção do fluxo de ar em cada canto, convertendo as pás em um trocador de calor grande. Como as pás já estavam presentes no sistema, nenhum arrasto novo foi adicionado e, portanto, o problema de adição de calor a fim de retirar o calor foi evitado. A construção e/ou manutenção dos trocadores de calor de pás giratórias do estado da técnica foi, entretanto, muito cara, aumentando significativamente o custo de construção e manutenção do túnel de vento. Eles necessitavam de uma quantidade enorme de conexões soldadas ou mecânicas complexas entre os diversos tubos ou tubos da bobina de resfriamento. A obtenção de transferência de calor adequada entre o meio nas bobinas e as pás giratórias também foi muito difícil com esse projeto. Não está claro se todos os trocadores de calor de pás giratórias capazes de remoção de todo o calor gerado por um túnel de vento foram construídos com sucesso.

[006] O exemplo acima do estado da técnica e limitações relacionadas destina-se a ser ilustrativo e não exclusivo. Outras limitações do estado da técnica tornar-se-ão evidentes para os técnicos no assunto mediante leitura do relatório descritivo e estudo das figuras.

Resumo

[007] Um aspecto do presente relatório descritivo é um trocador de calor no qual o meio de transferência de calor flui através de uma pá giratória oca no túnel de vento.

[008] Um aspecto do presente relatório descritivo é um trocador de calor que possui pás extrudadas com alumínio com saliências de rosca formadas no interior de cada pá e que correm continuamente ao longo do seu comprimento para permitir a fixação simples e barata das pás a peças terminais.

[009] Um aspecto da presente invenção é uma pá giratória de trocador de calor que se conecta a encaixes de tubulação padrão.

[0010] Um aspecto do presente relatório descritivo é um trocador de calor em que a conexão à pá de um tubo de água é uma peça de transição isolada que, por si própria, pode ser fixada à pá de forma à prova d’água sem solda nem união química, mas sim com uma conexão mecânica simples.

[0011] Um aspecto da presente invenção é uma peça de transição que pode ser fixada a uma extremidade da pá com parafusos ou outros fixadores isoladamente de um lado (não o lado da pá) da peça de transição.

[0012] Um aspecto da presente invenção é uma peça de transição que pode ser fixada à entrada de fluido de transferência de calor e à saída de fluido de transferência de calor unicamente com componentes de tubulação comuns de baixo custo.

[0013] Um aspecto da presente invenção é um trocador de calor em que a peça de transição é elaborada com um único pedaço de material moldado.

[0014] As realizações a seguir e seus aspectos são descritos e ilustrados em conjunto com sistemas, ferramentas e métodos que se destinam a ser exemplos e ilustrativos, sem limitação do escopo. Em diversas realizações, um ou mais dos problemas descritos acima foram reduzidos ou eliminados, enquanto outras realizações referem-se a outras melhorias.

[0015] O trocador de calor de acordo com a presente invenção é formado como pá giratória em um duto de fluxo de ar ou canal de ar em alta velocidade, tal como em túneis de ventos em recirculação. As pás individuais são formadas de alumínio extrudado com canais de fluidos refrigerantes que correm continuamente ao longo do comprimento da pá. Podem ser utilizados um ou mais canais, dependendo da aplicação de pá e da capacidade de resfriamento necessária. O lado externo das pás é formado com formato de aerofólio para girar eficientemente o fluxo de ar na quantidade desejada de forma bem conhecida na técnica. As pás giratórias são conectadas a uma fonte de fluido com conectores de peças isoladas que são fixados de forma removível às pás giratórias. Na realização ilustrada, os conectores são fixados com parafusos. Na realização ilustrada, os conectores são formados como uma única peça em um molde de injeção com duas peças.

[0016] Uma realização é o conjunto de pás que compreende uma pluralidade de pás ocas, em que cada qual possui seção transversal substancialmente constante, as pás dispostas substancialmente paralelas entre si; em que cada pá possui uma primeira extremidade e uma segunda extremidade; o conjunto possui uma primeira borda definida pelas primeiras extremidades da pluralidade de pás; o conjunto possui uma segunda borda definida por segundas extremidades da pluralidade de pás; a seção transversal de cada pá define pelo menos duas saliências de rosca formadas no seu interior; cada pá possui, na sua primeira extremidade, uma primeira peça de conexão correspondente, a primeira peça de conexão correspondente a ela fixada por meio de parafusos, cada parafuso é encaixado em rosca com uma saliência de rosca correspondente; cada pá possui, na sua segunda extremidade, uma segunda peça de conexão correspondente, primeira peça de conexão correspondente a ela fixada por meio de parafusos, em que cada parafuso é encaixado em rosca com uma saliência de rosca correspondente; um primeiro condutor disposto ao longo da primeira borda; um segundo condutor disposto ao longo de uma dentre a primeira borda e a segunda borda; e tubos que conectam o primeiro condutor, as peças de conexão e o segundo condutor, de forma a definir uma pluralidade de trajetos de fluxo de fluido, em que cada trajeto de fluxo de fluido passa do primeiro condutor e através de pelo menos uma das pás para o segundo condutor.

[0017] A conexão de tubo a cada peça de conexão define uma abertura no seu interior; em que as saliências de rosca formadas na seção transversal de cada pá incluem pelo menos uma saliência de rosca posicionada de tal forma que o parafuso encaixado nela em forma de rosca possua um eixo que passa através da abertura.

[0018] Além dos aspectos de exemplo e realizações descritas acima, aspectos e realizações adicionais tornar-se-ão evidentes por meio de referência às figuras anexas, que fazem parte do presente relatório descritivo, em que caracteres de referência designam pares correspondentes nas diversas vistas.

Breve Descrição das Figuras

[0019] A Figura 1 é uma vista em perspectiva da pá giratória do trocador de calor em um túnel de vento em recirculação.

[0020] A Figura 2 é uma vista de todos os componentes de uma pá giratória isolada, dos tubos de fluido e das peças de conexão.

[0021] A Figura 3 é uma vista em elevação lateral de um lado da pá giratória.

[0022] A Figura 4 é uma vista em perspectiva da extremidade inferior do conjunto de pá giratória do trocador de calor.

[0023] A Figura 5 é uma vista em perspectiva de uma seção de uma extremidade das pás giratórias do trocador de calor montadas na estrutura com o encanamento de fluido fixado.

[0024] A Figura 6 é uma vista em elevação lateral do outro lado da pá giratória do trocador de calor.

[0025] A Figura 7 é uma vista superior plana da peça de conexão.

[0026] A Figura 8 é a vista plana inferior da peça de conexão.

[0027] A Figura 9 é uma vista em perspectiva superior da peça de conexão.

[0028] A Figura 10 é uma vista em seção transversal tomada ao longo da linha 7-7 da peça de conexão.

[0029] Antes de explicar a realização descrita da presente invenção em detalhes, deve-se compreender que a presente invenção não se limita, na sua aplicação, aos detalhes da disposição específica exibida, pois a presente invenção é capaz de outras realizações. Exemplos de realizações são ilustrados em figuras indicadas nos desenhos. Pretende-se que as realizações e figuras descritas no presente devam ser consideradas ilustrativas e não limitadoras. Além disso, a terminologia empregada no presente destina-se a fins de descrição e não de limitação.

Descrição Detalhada das Figuras

[0030] Com referência em primeiro lugar à Figura 1, é exibido um túnel de vento em recirculação vertical 100 com o fluxo de ar exibido pelas setas A. Este tipo de túnel de vento é mais comumente utilizado para simulação de pára-quedismo e outras atividades de vôo humano. Outros tipos de túneis de ventos de recirculação são bem conhecidos na técnica, incluindo os utilizados para diversos tipos de testes. Embora o presente relatório descritivo seja discutido utilizando o tipo vertical, deve-se compreender que o relatório descritivo inclui outros tipos de túneis de ventos de recirculação. Uma característica comum de todos os túneis de ventos de recirculação é o calor gerado pela fricção do fluxo de ar através dos espaços cheios.

[0031] O túnel de vento de recirculação 100 pode possuir uma configuração de retorno simples, conforme exibido na Figura 1 ou uma configuração de retorno múltiplo. Vide, por exemplo, as Patentes Norte-Americanas n° 6.083.110 e 7.156.744. Um túnel de vento de recirculação de retorno simples 100 possui um primeiro espaço cheio vertical 106 que possui câmara de vôo 104. O ar A flui em seguida para o espaço cheio superior 105, segundo espaço cheio vertical 107 e, em seguida, no espaço cheio inferior 108 e de volta para o primeiro espaço cheio vertical 106. Os espaços cheios verticais 106, 107 e o espaço cheio superior 105 do túnel de vento 100 são exibidos em linhas pontilhadas por clareza. A posição dos ventiladores 101 é exibida unicamente para fins de exemplo e não de limitação. Os ventiladores 101, em outras posições bem conhecidas na técnica, poderão ser também empregados e são considerados dentro do escopo do presente relatório descritivo.

[0032] Um conjunto de pás giratórias de trocador de calor 200 encontra-se na extremidade 109 do espaço cheio inferior 108. Outros locais poderão também ser utilizados, dependendo da aplicação específica. Mais de um conjunto de pás giratórias de trocador de calor 200 poderá também ser utilizado, dependendo da aplicação específica. Em muitos casos, um segundo conjunto de pás giratórias de trocador de calor estaria localizado abaixo da câmara de vôo 104, devido ao custo mais baixo de instalação do conjunto sobre o solo. Se necessário em uma instalação específica, entretanto, o conjunto poderá ser instalado nos cantos do espaço superior 105.

[0033] Conjuntos de pás giratórias padrão 102 podem ser utilizados nos cantos nos quais nenhum conjunto de pás giratórias de trocador de calor 200 é instalado para alterar suavemente a direção do fluxo de ar com o mínimo de turbulência. É exibido um conjunto de pás giratórias 102 acima da câmara de vôo 104 na transição do primeiro conjunto cheio vertical para o conjunto cheio superior 105 como exemplo. As outras pás giratórias não foram incluídas para simplificar as figuras, mas podem ser utilizadas em operação normal do túnel de vento de recirculação como simulador de vôo humano.

[0034] Na realização ilustrada, a extremidade 109 do conjunto cheio de ar inferior 108 possui largura maior D2 que a largura do conjunto cheio de ar inferior D1 para permitir que o encanamento da pá giratória do trocador de calor 200 esteja fora do trajeto de fluxo principal para reduzir a turbulência de ar, mas não é essencial. Quando o sistema de resfriamento for retroencaixado em um túnel de vento existente, o encanamento na extremidade das pás pode permanecer no fluxo de ar.

[0035] A Figura 2 é uma vista de todos os componentes de uma pá giratória de trocador de calor isolada 201 com duas peças de conexão de encanamento 202, uma em cada extremidade, para conexão a um tubo de encanamento padrão com uma ligação química comum ou por meio de uma mangueira flexível padrão 204 mantida no lugar com grampos de mangueira padrão. Na realização ilustrada, a mangueira 204 é feita de borracha, mas outros materiais flexíveis poderão também ser utilizados. A Figura 3 é uma vista posterior da pá giratória do trocador de calor 201. A superfície externa 205 é configurada de acordo com princípios aerodinâmicos bem conhecidos em forma de folha de ar curva para alterar suavemente a direção do fluxo de ar. As setas A indicam o fluxo de ar sobre a pá giratória do trocador de calor 201. No exemplo ilustrado, o fluxo de ar mudaria de direção em noventa graus. Se desejado, outros índices de mudança de direção poderão ser atingidos. A pá giratória do trocador de calor 201 possui uma configuração interna substancialmente contínua e seção transversal substancialmente constante na realização ilustrada, de tal forma que a vista posterior também seria uma vista em seção transversal em qualquer ponto ao longo do seu comprimento.

[0036] A pá giratória do trocador de calor 201 é elaborada por meio de moldagem por extrusão de alumínio no exemplo ilustrado. Poderão também ser utilizados outros materiais com propriedades similares de boa troca térmica e rigidez suficiente. A pá giratória do trocador de calor 201 é oca para reduzir a quantidade de material necessária e permitir o fluxo do fluido ao longo do comprimento da pá giratória do trocador de calor 201, de tal forma que o fluido funcione como meio de transferência de calor. A espessura da parede externa 211 é um equilíbrio entre ser suficientemente espessa para fornecer rigidez suficiente para a pá giratória 201 e suficientemente fina para permitir boa troca térmica entre o meio de transferência de calor que flui para o interior da pá e o fluxo de ar sobre o lado externo da pá. O ar que flui sobre a superfície 205 é, portanto, resfriado à medida que o calor é transferido para o fluido que flui para o interior da pá 201. No exemplo ilustrado, utiliza-se água como fluido de resfriamento devido à sua fácil disponibilidade e falta de toxicidade. Isso também permite o uso do fluido aquecido pela troca de calor para fácil transporte do calor para outros locais ou para outros propósitos para os quais a água normalmente seria aquecida por dispositivos de aquecimento padrão. Exemplos incluem, mas sem limitações, uso de água quente doméstica, piscinas ou aquários e outros usos como será adicionalmente discutido abaixo. Outros meios de transferência de calor conhecidos na técnica poderão também ser utilizados, incluindo, mas sem limitações, gás Freon, água salgada, gases comprimidos e outros refrigerantes.

[0037] O comprimento da pá giratória 201 pode variar, dependendo da aplicação. Pás com até vinte metros de comprimento ou mais podem ser utilizadas em instalações grandes. Membros de reforço 209 e 210 dividem o espaço interno da pá giratória do trocador de calor 201 em canais. Os membros de reforço 209 e 210 servem para garantir que a pá giratória do trocador de calor 201 possua rigidez suficiente para suportar o fluxo de ar e o peso do fluido que flui durante o uso sem dobrar-se. Os membros de reforço 209, 210 também aumentam a extensão da pá giratória 201 que se encontra em contato com o fluido, aumentando a velocidade e a eficiência da transferência de calor para o fluido. Na realização ilustrada, existem três canais 206, 207 e 208. Poderão ser utilizados mais ou menos canais e membros de reforço, dependendo do tamanho da pá giratória do trocador de calor 201 e do volume de fluxo de fluido desejado. Na realização ilustrada, todo o fluido em uma pá giratória fluiria na mesma direção, independentemente de em quantos canais o interior da pá é dividido por motivos estruturais. A capacidade de troca de calor depende da extensão do contato entre o fluido e a pá giratória 202, da resistência térmica do material da pá giratória do trocador de calor 201, da resistência térmica e da velocidade de fluxo do fluido e da diferença de temperatura entre o fluido refrigerante e o fluxo de ar. Para qualquer dada pá giratória 202 em qualquer instalação dada, todos esses fatores necessitam ser otimizados para garantir que ocorra o resfriamento suficiente do fluxo de ar. Na realização ilustrada, a maior parte da área da seção transversal da pá giratória 201 é espaço de fluxo de fluido, conforme observado na Figura 3.

[0038] Nas extremidades 212 e 213 e em cantos opostos do canal 207, são formadas saliências de rosca 214a, 214b no interior da pá giratória do trocador de calor 201. Essas saliências de rosca 214a, 214b permitem a fixação da pá giratória 201 a um flanco ou outra superfície perpendicular à direção de fluxo do fluido na pá. Este método de fixação torna a montagem de conjuntos de pás giratórias 200 mais rápida, fácil e menos cara. Como as saliências de rosca podem ser formadas no molde de extrusão para a pá giratória 201, a pá giratória 201 pode ser extrudada até qualquer comprimento e fixada em seguida conforme o necessário, sem a necessidade de modificações adicionais. Como as saliências de rosca 214a, 214b são formadas no interior da pá giratória do trocador de calor 201, o método de fixação para qualquer peça de transição ou placa posterior não interrompe o fluxo de ar sobre a pá giratória, como em métodos do estado da técnica de fixação de pás giratórias a prateleiras de sustentação. Caso os pontos de fixação ficassem sobre a superfície externa (superfície de fluxo de ar) da pá giratória 201, essa moldagem por extrusão não poderia ser utilizada, pois os pontos de fixação estariam sobre toda a superfície da pá giratória 201, prejudicando as qualidades aerodinâmicas necessárias.

[0039] Em uma realização alternativa, as saliências de rosca 214a, 214b poderão ser formadas deixando-se a área das saliências de rosca sólidas na parte extrudada, perfurando orifícios e possivelmente escavando roscas após a extrusão para formar saliências de rosca 214a, 214b. Em uma outra realização alternativa, as fixações de parafusos poderão ser instaladas no interior ou sobre o lado externo da pá giratória após a formação da pá giratória, tal como por meio de soldagem, epóxi ou outros meios.

[0040] Em um conjunto de pás giratórias do trocador de calor 201, é necessário que a fixação da pá giratória à peça de conexão 202 seja, em grande parte, hermética para fluidos, para permitir o fluxo contínuo de fluido, frequentemente sob pressão. Dependendo da aplicação e do meio de troca de calor sendo utilizado, podem ser aceitáveis alguns níveis baixos de vazamento de meio de troca. O termo hermético para fluidos deverá ser compreendido, portanto, como englobando níveis de vazamento de fluido nas junções que se encontram dentro de tolerâncias de operação. Mesmo quando as saliências de rosca 214a, 214b forem formadas no lado interno da pá giratória 201, entretanto, é necessária uma peça de conexão que permita conexão hermética para fluidos que seja de fácil montagem e cuja fabricação não seja cara. Grandes quantidades dessas peças de conexão são necessárias, como será discutido abaixo. A maior necessidade de trocadores de calor em túneis de ventos de recirculação encontra-se nas utilizadas para atrações de diversão e instalações de treinamento, que são frequentemente operadas quase continuamente ou pelo menos por horas de operação estendidas, ao contrário dos túneis de teste. Quando os túneis de ventos forem utilizados como pistas de diversão ou instalações de treinamento, o custo e o tempo de construção do tempo tornam-se um fator crítico para a lucrabilidade do negócio ou viabilidade do projeto, enquanto a necessidade de manter o ar sob temperatura confortável para os clientes pagantes e trainees aumenta, particularmente em climas mais quentes. Além disso, o trocador de calor deve ser de fácil manutenção em termos de custo e tempo de desligamento, para evitar que os custos de manutenção do túnel de vento sejam excessivos. O mecanismo de troca de calor como um todo deve possuir, portanto, baixo custo de construção e deve ser capaz de ser construído, instalado, inspecionado, testado, atualizado e/ou substituído dentro de parâmetros de tempo razoáveis. Além disso, é importante que quaisquer reparos necessários devam ser realizados de forma relativamente fácil e com baixo custo.

[0041] Para reduzir os custos, é desejável poder utilizar ao máximo possível material padrão para as conexões de fluido, tanto no interior do próprio conjunto de pás giratórias do trocador de calor 201 quanto na fonte de fluido. É, portanto, desejável poder utilizar ao máximo possível mangueiras e/ou tubos e conectores de tubulação de plástico, borracha, PVC padrão ou comuns de forma similar. Isso oferece materiais de custo mais baixo e peças de reposição mais fácil quando forem necessários reparos.

[0042] As peças de conexão 202 deverão, portanto, funcionar para formar uma conexão hermética para fluidos simples e barata entre o formato de aerofólio da pá giratória 201 e a mangueira ou tubo de tubulação padrão 204 na realização ilustrada. As peças de conexão 202 devem ser de fácil conexão e remoção das extremidades da pá giratória 201. As próprias peças de conexão 202 deverão ter baixo custo de fabricação e, na realização ilustrada, são fabricadas com um molde de injeção com duas peças, que reduz significativamente o custo das peças de conexão individuais 202 a serem fabricadas.

[0043] O número e o tamanho das pás giratórias em um dado conjunto de pás giratórias do trocador de calor 200 necessário em qualquer aplicação de trocador de calor específica dependerão da velocidade do fluxo de ar, do calor a ser trocado e do volume de fluxo de ar de um dado túnel.

[0044] A Figura 4 é uma vista em perspectiva de uma extremidade do conjunto de pás giratórias do trocador de calor 200 com a pá giratória 201 montada em uma prateleira 215. Na realização ilustrada, a prateleira 215 possui ranhuras moldadas 216 para sustentar as pás giratórias no ângulo e orientação apropriados. As prateleiras 215 são projetadas de tal forma que nenhuma conexão mecânica adicional é necessária para sustentar o lado externo contínuo macio da pá giratória 201 junto à prateleira 215. Vistas laterais do conjunto de pás giratórias 200 do trocador de calor completo podem ser observadas nas Figuras 5 e 6. O piso horizontal do espaço cheio inferior 108 é indicado pela linha F. As prateleiras 215 foram exibidas de forma girada para facilidade de observação. Isso não deverá ser considerado como indicando que as prateleiras 215 seriam montadas na orientação exibida nas Figuras 5 e 6. A orientação apropriada da prateleira 215 e do conjunto de pás giratórias 200 do trocador de calor também é exibida na Figura 1.

[0045] Novamente com referência à Figura 4, na realização ilustrada, a água fria em fluxo flui através de quatro pás giratórias 201 antes de ser conduzida do conjunto de pás giratórias 200 do trocador de calor na forma de água quente. A água fria flui através do tubo de fluxo de entrada 217 e é conectada ao tubo ou mangueira de borracha 204 que é conectada à peça de conexão 202 e dali à pá giratória 201, marcada com A na Figura 4. A água flui através dos canais 206, 207 e 208 para a outra extremidade, que também possui uma peça de conexão fixada ao tubo ou mangueira de borracha 204 que, por sua vez, conecta-se à conexão em U 218, observada na Figura 6, que é conectada de forma similar à pá giratória seguinte 201, B, por meio de outra conexão em U 218 a outra pá giratória 201, C e, em seguida, novamente por meio de outra conexão em U 218 à pá giratória 201, D e, em seguida, para fora por meio do tubo de fluxo de saída 219. As marcas A, B, C e D servem puramente para indicar as pás giratórias 201 que são discutidas no trajeto de fluxo para ajudar o leitor a compreender o trajeto de fluxo da realização ilustrada. Essas pás giratórias 201 não são diferentes de nenhuma das outras pás giratórias 201 discutidas no presente. Esta configuração de fluxo através de quatro pás giratórias é repetida com as pás giratórias restantes 201. Os tubos de fluxo de entrada 217 são conectados ao tubo de fornecimento de água fria 220 e os tubos de fluxo de saída são conectados ao tubo de remoção de água quente 221.

[0046] A água quente pode ser utilizada para aquecer qualquer local próximo desejado, seja por meio de fluxo da água quente diretamente para uma linha de fornecimento de água para a piscina ou outro local que necessite de água quente, ou tendo-se um segundo trocador de calor sobre a outra extremidade da linha, que permite a retirada do calor da água no local desejado. Se o túnel de vento estivesse perto de um shopping center ou outro centro de recreação grande, por exemplo, a água quente poderia fluir para um sistema de aquecimento para o edifício e o calor seria utilizado para aquecer o edifício empregando sistemas de troca de calor de água quente padrão. Nestes casos, a água agora resfriada poderia fluir de volta para o trocador de calor voltando-se o conjunto de pás 200 para o tubo de fornecimento de água fria 220, formando um circuito em grande parte fechado. Seria necessário haver uma entrada para mais água no sistema para substituir a perda de água devido a pequenos vazamentos etc. Pode também ser desejável ter um método de fluxo do sistema para remover qualquer acúmulo de partículas, tais como depósitos minerais, que pudessem reduzir a eficiência do sistema.

[0047] Este uso da energia na água aquecida para aquecer algum outro sistema permite que parte do custo da energia de condução do túnel de vento seja compensada reduzindo-se os custos de energia em um outro sistema. Isso reduz o consumo geral de energia de todo o complexo relacionado, pois o complexo não está pagando pelo resfriamento do ar no túnel de vento e paga o aquecimento de algum outro sistema.

[0048] O fluxo da água através das quatro pás giratórias 201 na realização ilustrada não deverá ser considerado limitação e poderão ser utilizadas menos passagens através das pás giratórias 201 ou mais passagens através das pás giratórias 201, dependendo da aplicação e das necessidades de resfriamento de qualquer instalação específica. Conforme mencionado acima, poderão também ser utilizados outros meios de resfriamento além de água em uma dada instalação. Não se pretende nem se deverá compreender nenhuma limitação a um meio de resfriamento específico.

[0049] A peça de conexão 202 encontra-se nas Figuras 7, 8, 9 e 10. A peça de conexão 202 possui um corpo 235, uma peça de conexão de tubo 236 e uma superfície inferior 233. O corpo 235 possui uma saliência externa 228 que aumenta a rigidez da peça de conexão e fornece a ela o formato aerodinâmico adequado. As bordas arredondadas da peça de conexão 202 existem por razões estéticas e estruturais. As bordas poderão ser quadradas ou de outras configurações, conforme o desejado. A peça de conexão de tubo 236 possui um anel 237 que se estende de forma anular a partir da sua superfície para permitir que grampos de mangueira padrão fixem uma mangueira flexível padrão ao tubo de conexão adjacente. Se desejado, um tubo de conexão poderá ser fixado diretamente às peças de conexão de tubos 236 em vez de ter uma peça de mangueira flexível entre elas. A peça de mangueira flexível permite a absorção da flexão nas pás giratórias 201 causada pelo fluxo de fluido ou outras forças sem causar tensão sobre os tubos de fluido.

[0050] Com referência às Figuras 7 e 8, existem quatro orifícios de rosca 230, 231 que se alinham com saliências de rosca 214a, 214b, respectivamente, sobre a pá giratória 201. Os orifícios de rosca 230 estão localizados perto das extremidades 245, 246 do corpo 235 e alinham-se com as saliências de rosca 214a. Os orifícios de rosca 231 alinham-se com saliências de rosca 214b e estão localizados sobre membros cruzados 239, 240, cuja localização e formato geral correspondem a membros de reforço 209, 210. Os membros cruzados 239, 240 estendem-se apenas em uma altura limitada H para o interior 241, conforme observado na Figura 10. Isso deixa a maior parte do interior 241 da peça de conexão 202 aberta para permitir o fluxo máximo de fluido. Os membros cruzados 239, 240 necessitam ser suficientemente rígidos para sustentar os parafusos quando a peça de conexão for mantida hermética contra a pá giratória 205. A altura exata H dos membros cruzados 239, 240 dependerá da aplicação específica. Os membros cruzados 239, 240 dividem a superfície inferior 233 para formar três aberturas 242, 243, 244 que correspondem aos canais 206, 207 e 208 na pá giratória 201. Isso permite o fluxo do fluido para fora do interior da pá giratória e para o interior 241 da peça de conexão 202 e, em seguida, para o interior dos tubos e vice versa. O fluxo de fluido dos tubos 217 para a peça de conexão é dividido nos canais 206, 207 e 208 por meio da peça de conexão 202. Caso seja utilizado um meio de resfriamento gasoso, serão necessárias conexões herméticas para gases, que podem ser equipadas com os meios de vedação apropriados.

[0051] Todos os quatro orifícios de rosca 230, 231 são acessíveis do lado superior da peça de conexão 202, como pode ser observado na Figura 7. Isso permite que um instalador ou pessoa de reparos fixe ou remova a peça de conexão 202 de forma fácil e rápida com ferramentas comuns. Os orifícios de rosca 231 que se fixam às saliências de rosca 214b sobre os meios de conexão 209, 210 são necessários para garantir uma vedação à prova d’água. Orifícios de rosca 231 estão localizados dentro da área de fluxo da peça de conexão 201, de tal forma que qualquer vazamento na cabeça do parafuso não traria conseqüências. Isso significa que apenas os dois outros locais de rosca 230 necessitam de uma arruela para evitar ou reduzir o vazamento do fluido por baixo da cabeça do parafuso. Uma arruela é utilizada por local de rosca. A menos que a pá giratória seja extremamente pequena, as duas conexões de parafuso internas são necessárias para garantir conexão hermética para fluidos. Nessa pá giratória pequena, os membros de reforço 209, 210 poderão também ser desnecessários. É formado um recesso na superfície inferior 233 da peça de conexão 201 que corresponde ao formato da extremidade da pá giratória 201, de tal forma que a peça de conexão 201 repouse sobre a extremidade da pá giratória 201 para permitir a formação de uma vedação à prova d’água. Uma arruela de vedação (não exibida) encaixa-se no recesso 232 e é moldada para corresponder ao fundo das peças de conexão 201. A arruela de vedação é cortada com molde de uma folha de borracha EPDM na realização ilustrada. Parte do formato do recesso 232 é projetada para reter a arruela de vedação no lugar enquanto a peça de conexão estiver sendo fixada à pá giratória. Caso seja utilizado um meio de resfriamento gasoso, serão necessárias conexões herméticas para gases, que podem ser fornecidas com as arruelas de vedação apropriadas e parafusos suficientemente firmes. Se necessário, o tamanho dos orifícios de rosca pode ser diferente em cada local.

[0052] O formato da peça de conexão 202 na realização ilustrada permite a formação da peça de conexão em um molde de injeção em duas peças, que permite a fabricação das peças de conexão 202 com baixo custo. Na realização ilustrada, a peça de conexão é feita de plástico ABS, mas ela pode também ser feita de policarbonato, polipropileno, cloreto de polivinila (PVC), nylon e outras formas de plástico.

[0053] O sistema acima permite um método de resfriamento que compreende as etapas a seguir:

- fluxo de um fluido de trabalho sob primeira temperatura através de um sistema de tubos para uma primeira unidade de troca de calor;
- a unidade de troca de calor formada por pelo menos uma pá giratória possui peças de conexões unitárias em cada extremidade da pá giratória oca, em que as peças de conexão são fixadas de forma removível à pá giratória;
- as peças de conexão foram conectadas de forma removível às pás giratórias ocas com conectores mecânicos;
- a unidade de troca de calor é conectada ao sistema de tubo, de tal forma que o fluido possa fluir do sistema de tubo para a unidade de troca de calor;
- passagem do fluido de trabalho da primeira unidade de troca de calor para uma segunda unidade de troca de calor;

[0054] em que o método compreende adicionalmente as etapas, realizadas simultaneamente com as etapas de passagem, de girar o ar à medida que o ar passa além das pás giratórias ocas e resfriar o ar à medida que o ar passa pelas pás giratórias ocas por meio da transferência de calor para o fluido e, portanto, elevar a temperatura da água da primeira temperatura para uma segunda temperatura.

[0055] O método pode compreender adicionalmente o uso do calor removido no primeiro sistema para que seja transportado para outro sistema e utilizado para aquecer outro sistema. O método pode compreender adicionalmente a devolução da água agora resfriada para o primeiro sistema.

[0056] Embora tenham sido discutidos acima diversos exemplos de aspectos e realizações, os técnicos no assunto reconhecerão certas de suas modificações, permutas, adições e subcombinações. Pretende-se, portanto, que as reivindicações anexas introduzidas a seguir sejam interpretadas para incluir todas essas modificações, permutas, adições e subcombinações dentro do seu verdadeiro espírito e escopo. Cada realização de aparelho descrita no presente possui diversos equivalentes.

[0057] Os termos e expressões que foram empregados são utilizados como termos de descrição e não de limitação e não há intenção, no uso desses termos e expressões, de excluir nenhum equivalente das características exibidas e descritas ou suas partes, mas reconhece-se que são possíveis diversas modificações dentro do escopo da presente invenção. Dever-se-á compreender, portanto, que, embora a presente invenção tenha sido descrita especificamente por realizações preferidas e características opcionais, os técnicos no assunto podem recorrer a modificações e variações dos conceitos descritos no presente e essas modificações e variações são consideradas dentro do escopo da presente invenção conforme definido pelas reivindicações anexas. Sempre que for definida uma faixa no relatório descritivo, todas as faixas e subfaixas intermediárias, bem como todos os valores individuais incluídos nas faixas fornecidas destinam-se a ser incluídos no relatório descritivo.

[0058] De forma geral, os termos e as expressões utilizadas no presente possuem o seu significado reconhecido na técnica, que pode ser encontrado por meio de referência a textos padrão, referências em publicações e contextos conhecidos nos técnicos no assunto. As definições acima são fornecidas para esclarecer o seu uso específico no contexto da presente invenção.

Claims

Peça de conexão (202) para conectar um tubo de fluido e uma pá giratória oca (201) para permitir o fluxo de um meio de troca de calor através da pá giratória oca (201) em um trocador de calor (200) para um túnel de vento (100) de recirculação, em que a peça de conexão (202) é caracterizada por compreender:
um corpo (235) que possui uma superfície superior e inferior e um lado interno oco (241);
uma peça de conexão (202) de tubo oco que se estende a partir da superfície superior e conecta-se ao lado interno da peça de conexão (202) de tubo oco que se conecta a um tubo de fluido;
em que a superfície inferior (233) é moldada para que corresponda a uma extremidade da pá giratória oca (201);
em que a peça de conexão (202) possui uma pluralidade de pontos de conexão para fixação à extremidade da pá giratória oca (201), todos os pontos de conexão sendo acessíveis a partir de um lado superior;
em que a peça de conexão (202) forma uma conexão hermética para fluido à extremidade da pá giratória oca (201) quando a peça de conexão (202) é fixada de forma removível à pá giratória oca (201) apenas nos pontos de fixação; e
em que a peça de conexão (202) é formada como uma única unidade.
Peça de conexão (202) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a peça de conexão (202) é formada em um molde de injeção de duas peças.
Peça de conexão (202) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que pelo menos um dos pontos de conexão é acessível por meio da conexão de tubo oco e pelo menos um ponto de fixação está localizado sobre a superfície superior do corpo (235).
Peça de conexão (202) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que a pelo menos uma conexão de ponto acessível por meio da conexão de tubo oco está localizada sobre um membro cruzado (239, 240) localizado no interior do corpo (235).
Peça de conexão (202) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente pelo menos um membro cruzado (239, 240) tendo um ponto de conexão.
Peça de conexão (202) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que pelo menos um ponto de conexão está localizado perto de uma extremidade da peça de conexão (202).
Peça de conexão (202) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um recesso (232) sobre a superfície inferior (233) moldada para que corresponda a uma extremidade da pá giratória oca (201).
Peça de conexão (202) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que uma arruela de vedação é colocada no interior do recesso (232).
Peça de conexão (202) de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 8, caracterizada pelo fato de que a altura do membro cruzado (239, 240) é menor que a altura do lado interno oco (241), de tal forma que a maior parte do lado interno oco (241) seja aberta.
Peça de conexão (202) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que pelo menos um dos pontos de conexão compreende adicionalmente uma arruela de vedação.
Peça de conexão (202) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo fato de que os pontos de conexão são orifícios rosqueados e são utilizados parafusos para fixar de forma removível a peça de conexão (202) à pá giratória (201).
Conjunto de pás giratórias de trocador de calor (200) para um túnel de vento (100) de recirculação caracterizado por compreender:
uma prateleira;
uma pluralidade de pás giratórias ocas (201) formadas para permitir o fluxo de um fluido através das pás (201), em que as ditas pás giratórias ocas (201) são montadas na prateleira;
peças de conexão (202), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, em cada extremidade das pás giratórias ocas (201) para conectar as pás giratórias a um sistema de tubo fluido; e
em que as ditas peças de conexão (202) são formadas de uma única peça e conectam-se de forma hermética para fluidos às pás giratórias ocas (201) sem calor nem ligação química.
Conjunto de pás giratórias de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que as peças de conexão (202) conectam-se à pá giratória (201) em pontos de conexão que se encontram dentro da área oca da pá giratória (201).
Conjunto de pás giratórias de acordo com a reivindicação 12 ou 13, caracterizado pelo fato de que os pontos de conexão são saliências de rosca.
Conjunto de pás giratórias de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que as pás giratórias possuem suportes cruzados internos e as peças de conexão (202) conectam-se aos suportes cruzados internos com um conector mecânico removível.
Conjunto de pás caracterizado por compreender:
uma pluralidade de pás ocas, em que cada uma possui seção transversal substancialmente constante, as pás sendo dispostas de forma substancialmente paralela entre si;
em que cada pá possui uma primeira extremidade e uma segunda extremidade;
o conjunto possui uma primeira borda definida por primeiras extremidades da pluralidade de pás;
o conjunto possui uma segunda borda definida por segundas extremidades da pluralidade de pás;
a seção transversal de cada pá define pelo menos duas saliências de rosca formadas no seu interior;
cada pá possui, na sua primeira extremidade, uma primeira peça de conexão (202), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, correspondente, em que a primeira peça de conexão (202) correspondente é fixada de forma hermética para fluidos por meio de parafusos e cada parafuso é encaixado com rosca em uma saliência de rosca correspondente;
cada pá possui, na sua segunda extremidade, uma segunda peça de conexão (202) correspondente, em que a segunda peça de conexão (202) correspondente é fixada a ela de forma hermética para fluidos por meio de parafusos,
cada parafuso é encaixado com rosca em uma saliência de rosca correspondente;
um primeiro condutor disposto ao longo da primeira borda;
um segundo condutor disposto ao longo de uma dentre a primeira extremidade e a segunda extremidade; e
tubos que conectam o primeiro condutor, as peças de conexão (202) e o segundo condutor, de forma a definir uma pluralidade de trajetos de fluxo de fluido, em que cada trajeto de fluxo de fluido passa do primeiro condutor e através de pelo menos uma das pás para o segundo condutor.
Conjunto de pás de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a conexão de tubo a cada peça de conexão (202) define uma abertura no seu interior;
em que as saliências de rosca formadas em cada seção transversal de pá incluem pelo menos uma saliência de rosca posicionada de tal forma que o parafuso nela encaixado com rosca possui um eixo que passa através da abertura.
Conjunto de pás de acordo com a reivindicação 16 ou 17, caracterizado pelo fato de que o número de saliências de rosca é de pelo menos quatro e em que o número de saliências de rosca posicionadas de tal forma que o parafuso nelas encaixado com rosca possui um eixo que passa através da abertura é de pelo menos duas.
Método para uso com túnel de vento (100) de recirculação com uma pluralidade de pás giratórias ocas (201) de um conjunto de pás como definido em qualquer uma das reivindicações 16 a 18, caracterizado por compreender as etapas de:
fluir um fluido de trabalho em uma primeira temperatura através de um sistema de tubo para uma primeira unidade de troca de calor;
em que a primeira unidade de troca de calor formada com pelo menos uma pá giratória (201) possui peças de conexão (202) unitárias em cada extremidade da pá giratória oca (201), as peças de conexão (202) sendo fixadas de forma removível à pá giratória (201);
as peças de conexão (202) tendo um corpo (235) que tem uma superfície superior e inferior e um interior oco;
uma conexão de tubo oco se estendendo a partir da superfície superior e conectando ao interior;
a superfície inferior (233) sendo moldada para corresponder a uma extremidade da pá giratória oca (201);
as peças de conexão (202) sendo fixadas de forma removível e hermética para fluidos à pá giratória (201), em que as conexões são herméticas para fluidos;
em que as peças de conexão (202) foram conectadas de forma removível às pás giratórias ocas (201) com conectores mecânicos;
as peças de conexão (202) tendo um corpo (235) que tem uma superfície superior e inferior e um interior oco;
uma conexão de tubo oca que se estende a partir da superfície superior e se conecta ao interior;
a superfície inferior (233) sendo moldada para corresponder a uma extremidade da pá giratória oca (201);
a primeira unidade de troca de calor conectada ao sistema de tubo, de tal forma que o fluido possa fluir do sistema de tubo para a unidade de troca de calor;
passar o fluido de trabalho da primeira unidade de troca de calor para uma segunda unidade de troca de calor; e
em que o método compreende adicionalmente as etapas, realizadas simultaneamente com as etapas de passar, de girar o ar à medida que o ar passa pelas pás giratórias ocas (201) e resfriar o ar à medida que o ar passa pelas pás giratórias ocas (201) por meio de transferência de calor para o fluido de trabalho e, portanto, elevando a temperatura do fluido de trabalho da primeira temperatura para uma segunda temperatura.
Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de fluir o fluido de trabalho através de uma segunda pá giratória (201).
Método de acordo com a reivindicação 19 ou 20, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente as etapas de transportar o fluido de trabalho aquecido para um segundo local e transferir o calor para outro fluido por meio de um sistema de troca de calor.
Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 a 21, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente as etapas de transportar o fluido de trabalho aquecido para um segundo local e utilizar o fluido de trabalho aquecido no segundo local.
Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 a 22, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente as etapas de transportar o fluido de trabalho agora resfriado do segundo local de volta para a primeira pá giratória (201) oca após o fluido ter retornado para a primeira temperatura de trabalho.
Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 a 23, caracterizado pelo fato de que o fluido de trabalho é um líquido ou gás.
Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 a 24, caracterizado pelo fato de que o fluido de trabalho é selecionado a partir do grupo que consiste de água, clorofluorcarbono, gás, água salgada ou gás comprimido.
Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 a 25, caracterizado pelo fato de que o fluido de trabalho na segunda temperatura é utilizado para aquecer o ambiente no segundo local.
Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 a 26, caracterizado pelo fato de que a peça de conexão (202) é uma das peças de conexão (202) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10.