ES2407579A1

ES2407579A1 - High performance heat exchanger. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Info

Publication number: ES2407579A1
Application number: ES201030024A
Authority: ES
Inventors: Juan Carlos FERNÁNDEZ-CABALLERO RODRÍGUEZ-LIÉBANA; Javier NAVAS MARTÍN
Original assignee: Innoergy Proyector S L; Tecniderco Proyectos S L; TECNIDERCO PROYECTOS SL
Current assignee: TECNIDERCO PROYECTOS, S.L.
Priority date: 2010-01-13
Filing date: 2010-01-13
Publication date: 2013-06-13
Anticipated expiration: 2030-01-13
Also published as: ES2407579B1

Abstract

High performance heat exchanger. The exchanger of the invention allows to increase the thermal efficiency in the transmission of heat produced therein. For this, it is constituted from an infrared lamp that is housed in a protective tube (2) with a silicon base, while externally and concentrically to said assembly three tubes of different diameters are established, determining among themselves of two chambers, an inner chamber (3) and an outer chamber (4), of reduced thickness, with the particularity that the outer tube is terminated by one of its ends in a tubulant (8) determining the entrance of the fluid to be heated, while, on the other hand, the intermediate tube is also terminated and on the same end, in a second branch pipe (9), determining the outlet for the fluid, both chambers (3-4) communicating through an orifice ( 10) in opposition to the tubulators (8-9), leaving the whole assembly conveniently sealed at its ends. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Description

OBJETO DE LA INVENCIÓN OBJECT OF THE INVENTION

La presente invención se refiere a tm íntercambiador de calor, del tipo de los que incorporan como fuente de calor una lámpara. The present invention relates to tm heat exchanger, of the type that incorporates a lamp as a heat source.

El objeto de la invención es proporcionar un intercambiador de calor con un altísimo rendimiento térmico, en el que dicha transmisión de calor se produzca de la forma más rápida posible. The object of the invention is to provide a heat exchanger with a very high thermal efficiency, in which said heat transfer occurs as quickly as possible.

ANTECEDENTES DE J,A INVENCIÓN BACKGROUND OF J, INVENTION

Como es sabido, existen múltiples soluciones para el calentamiento de líquidos, y en especial de agua, como por ejemplo en sistemas de calefacción, agua sanitaria, lavadoras, secadoras, planchas, etc, siendo una solución bastante común el empleo de resistencias eléctricas que, al hacer pasar una corriente a través de Ias mismas generan un calor que es aprovechado para calentar el agua. As is known, there are multiple solutions for the heating of liquids, and especially of water, such as in heating systems, sanitary water, washing machines, dryers, irons, etc., being a fairly common solution the use of electrical resistors that, by passing a current through them they generate heat that is used to heat the water.

Si bien este tipo de dispositivos cumplen satisfactoriamente la función para la que han sido previstos, presentan como problema fundamental un elevado consumo eléctrico, así como que la transmisión de calor resulta muy lenta, de manera que el tiempo que tienen que estar alimentadas eléctricamente las citadas resistencias es igualmente elevado, con las consecuentes y negativas repercusiones a nivel energético y de consumo inútil Although these types of devices satisfactorily fulfill the function for which they have been planned, they have as a fundamental problem a high electrical consumption, as well as that the heat transmission is very slow, so that the time they have to be powered electrically those mentioned resistance is equally high, with the consequent and negative repercussions at the energy level and of useless consumption

de agua hasta que ésta se caliente que ello supone. of water until it warms up.

5 5: Tratando de solucionar esta problemática, son conocidos dispositivos en los que dichas resistencias eléctricas son sustituidas por una lámpara o bombilla, como es el caso de los documentos GB 2173693, US2004131346, US5740315, P200801852, U200801329 o la PCT/ES/2009/000331. Trying to solve this problem, devices are known in which said electrical resistors are replaced by a lamp or bulb, such as GB 2173693, US2004131346, US5740315, P200801852, U200801329 or PCT / ES / 2009/000331.

1 O 15 1 or 15: Si bien mediante estos dispositivos se consigue incrementar ligeramente el rendimiento térmico de los mismos con respecto a los dispositivos anterionnente descritos, presentan una estructuración mediante la cual el incremento de rendimiento se ve limitado, merced a las características del flujo que se produce en el seno de los mismos, así como por la propia estructuración interna. Although by means of these devices it is possible to slightly increase their thermal performance with respect to the previously described devices, they have a structuring by which the increase in performance is limited, thanks to the characteristics of the flow that occurs within the same, as well as for the internal structuring itself.

DESCRIPCIÓN DE I ~A INVENCIÓN DESCRIPTION OF I ~ INVENTION

20 twenty: El intercambiador de calor de alto rendinliento que la invención propone resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anterionnente expuesta, proporcionando un incremento del rendimiento sustancialmente mayor. The high performance heat exchanger that the invention proposes solves in a fully satisfactory manner the aforementioned problem, providing a substantially greater performance increase.

25 25: Para ello, el intercambiador que se precomza está constituido a partir de una fuente de calor, que se materializa en una lámpara de infrarrojos, la cual queda alojada en el seno de un tubo protector con base de silicio, de diámetro interno muy próximo al diámetro externo de la lámpara de infrarrojos, habiéndose previsto que dicho conjunto se aloje en el seno de un primer tubo, de dimensiones tales que el citado conjunto quede lo más próximo posible al mismo; transmitiendo el calor generado al mismo, de To this end, the pre-cast exchanger is constituted from a heat source, which is embodied in an infrared lamp, which is housed inside a protective tube with a silicon base, with an internal diameter very close to the diameter external of the infrared lamp, it being provided that said assembly is housed within a first tube, of dimensions such that said assembly is as close as possible to it; transmitting the heat generated to it, of

manera que exteiior y concéntricamente al mismo se establecen tres tubos so that three tubes are laid out concentrically and concentrically

concéntricos y de naturaleza térmicamente conductora, que definen dos concentric and thermally conductive in nature, which define two

cámaras entre los mismos de reducido espesor de manera que en chambers between them of reduced thickness so that in

correspondencia con el tubo mas externo se establece una tubuladura correspondence with the outermost tube a pipe is established

5 5: detenninante de la entrada por la que se hará circular el fluido líquido o detentor of the entrance through which the liquid fluid will be circulated or

gaseoso a calentar, mientras que el tubo intennedio dispondrá de una gas to be heated, while the tube will have an

tubuladura que atravesará de forma estanca la carcasa o tubo exterior, de tubing that will seal the outer shell or tube, of

manera que ambas tubuladuras se situarán en correspondencia con uno de los so that both pipes will be placed in correspondence with one of the

extremos del dispositivo, comunicándose ambas cámaras entre sí, para device ends, communicating both cameras with each other, to

1O 1O: penniti.r la circulación del fluido a través de las mismas por medio de uno o penniti.r the circulation of the fluid through them through one or

más oiificios practicados en el tubo intennedio que constituye la pared more holes made in the tube that constitutes the wall

delinlitadora entre ambas cámaras. Dicho orificio se situará, preferentemente Offender between both cameras. Said hole will preferably be located

en oposición a las tubuladuras, es decir cerca del extremo opuesto del in opposition to the pipes, that is near the opposite end of the

dispositivo, en orden a que el fluido a calentar recorra la mayor superficie device, in order for the fluid to be heated to cover the largest area

15 fifteen: posible de intercambio de calor antes de salir del mismo. possible heat exchange before leaving it.

Consecuentemente, la eficiencia del sistema está basada en el paso Consequently, the efficiency of the system is based on the step

de un fluido líquido o gaseoso a gran velocidad en un espacio muy reducido y of a liquid or gaseous fluid at high speed in a very small space and

lo mas próximo a la fuente de calor. closest to the heat source.

20 twenty

Esto hace que la película de fluido vehicular dentro de la cámara This causes the vehicular fluid film inside the chamber

interior que rodea el primer tubo más próximo a la fuente de calor sea lo mas inside that surrounds the first tube closest to the heat source be the most

delgada posible, para obligar, debido a la velocidad del mismo, a que sus thin possible, to force, due to the speed of it, that their

moléculas absorban la mayor cantidad posible de calor. molecules absorb as much heat as possible.

25 25

Opcionalmente el dispositivo podría incluir uno o más tubos o Optionally the device could include one or more tubes or

carcasas adicionales intennedias) detenninantes de nuevas cámaras de additional intentional housings) detainers of new cameras

circulación del fluido, todas ellas de muy reducido espesor, y comunicadas fluid circulation, all of them of very small thickness, and communicated

entre sí, definiendo un recmTido laberíntico para el fluido el cual circulará each other, defining a labyrinthine fluid reservoir which will circulate

30 30: desde las cámaras exteriores hacia la cámara interior, sin que ello afecte a la from the outer chambers to the inner chamber, without affecting the

esencia de la invención. essence of the invention.

Por último, cabe destacar el hecho de que el dispositivo, como es lógico, estará convenientemente sellado por sus extremos, pudiendo incorporar medios de apertura/cierre estanco para acceder a la fuente de calor, en las maniobras de reparación o mantenimiento. Finally, it should be noted that the device, of course, will be conveniently sealed at its ends, being able to incorporate airtight opening / closing means to access the heat source, in the repair or maintenance maneuvers.

JlESCRIPCJÓN DE LOS DIBIJ.JOS JlESCRIPCJÓN DE LOS DIBIJ.JOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: To complement the description that is being made and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, according to a preferred example of practical implementation thereof, a set of drawings is attached as an integral part of said description. In an illustrative and non-limiting manner, the following has been represented:

La figura 1.-Muestra una vista en alzado lateral y en sección diametral de un intercambiador de calor de alto rendimiento realizado de acuerdo con el objeto de la presente invención. Figure 1.- Shows a side elevation and diametral section view of a high performance heat exchanger made in accordance with the object of the present invention.

La figura 2.-Muestra un detalle ampliado y parcialmente seccionado del conjunto de la figura anterioL Figure 2.- Shows an enlarged and partially sectioned detail of the assembly of the previous figure.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION

A la vista de las figuras reseñadas puede observarse como el intercambiador de calor de alto rendimiento que la invención propone está constituido a partir de una fuente de calor (1 ), materializada en una lámpara In view of the aforementioned figures, it can be seen how the high performance heat exchanger that the invention proposes is constituted from a heat source (1), materialized in a lamp

5 5: infrarroja, la cual queda alojada con un pequeño juego diametral en el seno de un tubo protector (2), el cual podrá ser de cualquier material no conductor de electricidad y que a la vez sea buen transmisor de la energía calorífica y luminosa, tales como el cuarzo, pirex, vidrio o cualquier otro material con base de silicio, tubo que estará lo más próximo posible a la fuente de calor (1), con una separación de la misma del orden de 1,5 tmn, y con una tolerancia máxima de ±1,4Imu. infrared, which is housed with a small diametral set within a protective tube (2), which may be of any non-conductive material of electricity and that at the same time is a good transmitter of heat and light energy, such as quartz, pyrex, glass or any other silicon-based material, a tube that will be as close as possible to the heat source (1), with a separation of the order of 1.5 tmn, and with a maximum tolerance of ± 1.4Imu.

1 O 1 o: Exteriormente a dicho conjunto, y concéntricmnente al mismo, se establecen tres tubos de diferentes diámetros, detenninantes entre sí de dos cámaras, una cámara interior (3) y una cámara exterior (4). Externally to said assembly, and concentricmnente to the same, three tubes of different diameters are established, detaching each other from two chambers, an inner chamber (3) and an outer chamber (4).

15 fifteen: El primer tubo (5) y más interno, presentará un diámetro interior lo más próximo posible al diámetro exterior del tubo protector (2), definiéndose entre los mismos una diferencia de diámetros o hueco del orden de 0.5±0.5mm, presentando éste tubo un espesor de 1±0.5mm. The first tube (5) and more internal, will have an inner diameter as close as possible to the outer diameter of the protective tube (2), defining between them a difference of diameters or hollow of the order of 0.5 ± 0.5mm, this tube presenting a 1 ± 0.5mm thickness.

20 twenty: El segundo tubo (6), de diámetro ligermnente mayor que el diámetro del primer tubo (5) presentará un espesor del orden de 1±0.5mm, definiéndose una diferencia de diámetros o espesor de la cámara interna (3) del orden de l±O.Smm. The second tube (6), with a diameter slightly greater than the diameter of the first tube (5) will have a thickness of the order of 1 ± 0.5mm, defining a difference in diameters or thickness of the inner chamber (3) of the order of l ± Omm.

25 25: Por su parte, el tercer tubo (7), presentará un mayor espesor, del orden de 1 ,5±0.5tmn, quedando muy próximo al tubo íntennedio o segundo tubo (6), de manera que el espesor que se define para la cámara externa (4) será del orden de 1±0.5mm. On the other hand, the third tube (7), will have a greater thickness, of the order of 1.5 ± 0.5tmn, being very close to the inner tube or second tube (6), so that the thickness that is defined for the chamber external (4) will be of the order of 1 ± 0.5mm.

El tercer tubo (7), o tubo exterior, se rematará por uno de sus extremos en una tubuladura (8) detenninante de la entrada del fluido a calentar, mientras que~ por su parte~ el segundo tubo ( 6) o tubo intermedio se
The third tube (7), or outer tube, shall be finished at one of its ends in a pipe (8) stopping the inlet of the fluid to be heated, while ~ on the other hand ~ the second tube (6) or intermediate tube is

rematará igualmente y sobre el mismo extremo y diametralmente opuesto~ en it will also finish off and on the same end and diametrically opposite ~ in

una segunda tubuladura {9), determinante de la salida para el fluido, para lo a second pipe {9), determining the outlet for the fluid, for

cual se ha previsto que ambas cámaras (3-4) se comuniquen entre sí a través which is expected that both cameras (3-4) communicate with each other through

de un orificio ( 1 0), de dimensiones comprendidas entre 4 y 1 O mm, practicado of a hole (1 0), of dimensions between 4 and 1 O mm, made

5 5: sobre el segundo tubo (6), en el extremo opuesto al de las tubuladuras (8-9). on the second tube (6), at the opposite end of the tubing (8-9).

Los tubos (5-6-7) podrán ser de diferentes materiales, capaces de The tubes (5-6-7) may be of different materials, capable of

soportar la presión, temperatura y ser adecuados para el fluido líquido withstand pressure, temperature and be suitable for liquid fluid: o or

gaseoso gaseous: a vehicular, pudiéndose citar, a modo meramente ejemplario, to vehicular, rotting quote, to mode merely exemplary,

1 O 1 o: cualquier tipo de aleación metálica, tales como acero inoxidable, acero al any type of metal alloy, such like steel stainless, steel to the

carbono, cobre, o s:inúlares, materiales con base de silicio, tales como vidrio, carbon, copper, or s: inúlares, silicon-based materials, such as glass,

pirex, cuarzo o similares, materiales confonnados con polímeros que soporten pyrex, quartz or the like, materials confined with polymers that support

las condiciones del proceso, tales como baquelita, resinas epoxi o similares. process conditions, such as bakelite, epoxy resins or the like.

15 fifteen: Por último, cabe destacar el hecho de que la sección y By latest, fits highlight he done from that the section Y

dimensiones de los tubos pueden variar en función de las medidas de la tube dimensions may vary depending on the measurements of the

fuente de calor a contener, mientras que su fonna no se limita a la fonna recta source of heat to contain, while your fonna is not limited to straight fonna

representada represented: en las figuras, sino que podrá adaptarse a diferentes in the figures, if not that may adapt to different

configuraciones configurations: en función de las necesidades específicas de cada caso, in depending on the specific needs of each case,

20 twenty: pudiendo ser circular, cuadrada, rectangular, elíptica, poliédrica, etc. being able to be circular, square, rectangular, elliptical, polyhedral, etc.

Claims

REIVINDICACIONES

1 a._ Intercambiador de calor de alto rendimiento, que siendo del tipo de los destinados a calentar un fluido, líquido o gaseoso que se hace 5 circular por su interior, que utilizan como fuente de calor una lámpara, preferentemente una lámpara infrarroja, se caracteriza porque la citada lámpara se aloja con un pequeño juego diametral en el seno de un tubo protector (2) con base de silicio, habiéndose previsto que exterior y concéntricamente a dicho conjunto y ajustadamente al mismo se establezcan al menos tres tubos de diferentes diámetros, de naturaleza ténnicamente conductora, detenninantes entre sí de dos cámaras, una cámara interior (3) y una cámara exterior (4), de reducido espesor, con la particularidad de que el tubo exterior se remata uno de sus extremos en una tubuladura (8) detenninante de la entrada del fluido a calentar, mientras que, por su parte, el 1 a._ High-performance heat exchanger, which being of the type intended to heat a fluid, liquid or gas that is circulated inside, using a lamp as a source of heat, preferably an infrared lamp, is characterized in that said lamp is housed with a small diametral set within a protective tube (2) with a silicon base, it being provided that said set outside and concentrically and at least three tubes of different diameters are established, of a technically conductive nature, with two cameras, an inner chamber (3) and an outer chamber (4), of reduced thickness, with the particularity that the outer tube ends at one of its ends in a pipe (8) arrester of the entrance of the fluid to be heated, while, on the other hand, the

15 tubo intennedio se remata igualmente y sobre el mismo extremo, en una segunda tubuladura (9), detenninante de la salida para el fluido, habiéndose previsto que ambas cámaras (3-4) se comuniquen entre sí a través de al menos un orificio (lO), practicado sobre el segundo tubo (6), en oposición a las tubuladuras (8-9), quedando todo el conjunto convenientemente sellado por The tube is also finished off and on the same end, in a second pipe (9), stopping the outlet for the fluid, having provided that both chambers (3-4) communicate with each other through at least one hole ( 10), practiced on the second tube (6), as opposed to the pipes (8-9), the whole assembly being conveniently sealed by

20 sus extremos. 20 its ends.

211,_ Intercambiador de calor de alto rendimiento, según 211, _ High performance heat exchanger, according to

reivindicación l:l, caracterizado porque el primer tubo (5) presenta un espesor del orden de 1±O.5mm, la cámara interna (3) presenta un espesor del orden de claim 1: characterized in that the first tube (5) has a thickness of the order of 1 ± O.5mm, the internal chamber (3) has a thickness of the order of

1±0.5mm, el segundo tubo (6) presenta un espesor del orden de I±O.5mm, la cámara externa (4) presenta un espesor del orden de 1±O.5mm y el tercer tubo (7), presenta un espesor del orden de 1,5±0.5mm. 1 ± 0.5mm, the second tube (6) has a thickness of the order of I ± O.5mm, the external chamber (4) has a thickness of the order of 1 ± O.5mm and the third tube (7), has a thickness of the order of 1.5 ± 0.5mm.

311._ Intercambiador de calor de alto rendimiento, según 30 reivindicación la, caracterizado porque el espacio comprendido entre la 311._ High performance heat exchanger, according to claim 30, characterized in that the space between the

fuente de calor (1) y el tubo protector (2) de la misma es del orden de heat source (1) and the protective tube (2) thereof is of the order of

1,5±O.5mm, mientras que el espacio defInido entre dicho tubo protector (2) y el primer tubo (5) es de] orden de O,5±O.5mm. 1.5 ± O.5mm, while the defined space between said protective tube (2) and the first tube (5) is of the order of O, 5 ± O.5mm.

5 4°._ Intercambiador de calor de alto rendimiento, según reivindicación 1a, caracterizado porque opcionalmente entre el tubo interior o primer tubo (5) y el tubo exterior o tercer tubo (7) pueden establecerse dos o 5 4th ._ High performance heat exchanger according to claim 1, characterized in that optionally between the inner tube or first tube (5) and the outer tube or third tube (7) two or

mas tubos interiores, definiendo respectivas cámaras de circulación del more inner tubes, defining respective circulation chambers of the

fluido, comunicadas entre sí a través de respectivos orificios, definiendo un 10 recorrido laberíntico para dicho fluido. fluid, communicating with each other through respective holes, defining a labyrinthine path for said fluid.

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