ES2706907T3 - Method for producing multiple channels for use in a device for the exchange of solutes or heat between fluid flows and the respective device - Google Patents
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Abstract
Método para producir múltiples canales para su uso en un dispositivo para el intercambio de solutos o calor entre al menos un primer y un segundo flujo de fluido, en el que están comprendidas al menos una primera y una segunda lámina (10; 10'), cada lámina que tiene un primer extremo (10-1) y 5 un segundo extremo (10-2); dicho método que comprende además las etapas de: - proporcionar a cada una de dichas primera y segunda láminas (10; 10') al menos una superficie perfilada, - unir dichas primera y segunda láminas (10; 10') juntas con dichas superficies perfiladas enfrentadas entre sí, por lo que los canales se conforman por la forma de las superficies perfiladas, en el que cada una de dichas primera y segunda láminas tiene una primera parte terminal (11-1) y una segunda parte terminal (11-2), dichas primera y segunda partes terminales (11-1, 11-2) que tienen superficies intermedias inclinadas (13) entre cada canal, dichas superficies intermedias inclinadas se inclinan en una dirección hacia una porción media de la lámina respectiva, en el que las superficies intermedias inclinadas (13) están niveladas con una superficie superior externa (15) de los canales en el primer extremo (10-1) y el segundo extremo (10-2), y en el que cada lámina tiene una primera parte terminal lateral (14-1) y una segunda parte terminal lateral (14-2) opuesta a dicha primera parte terminal lateral (14-1), dichas primera y segunda partes terminales laterales presentan superficies sustancialmente planas que forman límites externos de la lámina en su dirección longitudinal y dicha primera parte terminal lateral (14-1) tiene una extensión lateral mayor que dicha segunda parte terminal lateral (14-2).Method for producing multiple channels for use in a device for the exchange of solutes or heat between at least a first and a second fluid flow, wherein at least one first and one second sheet (10; 10 ') are comprised, each sheet having a first end (10-1) and a second end (10-2); said method further comprising the steps of: - providing each of said first and second sheets (10; 10 ') with at least one profiled surface, - attaching said first and second sheets (10; 10') together with said profiled surfaces; facing each other, whereby the channels are shaped by the shape of the profiled surfaces, in which each of said first and second sheets has a first terminal part (11-1) and a second terminal part (11-2) , said first and second end portions (11-1, 11-2) having inclined intermediate surfaces (13) between each channel, said inclined intermediate surfaces inclining in a direction towards a middle portion of the respective sheet, wherein the inclined intermediate surfaces (13) are flush with an outer top surface (15) of the channels at the first end (10-1) and the second end (10-2), and wherein each sheet has a first lateral end portion (14-1) and one When the lateral end portion (14-2) opposite said first lateral end portion (14-1), said first and second lateral end portions have substantially planar surfaces forming external boundaries of the sheet in its longitudinal direction and said first lateral end portion (14-1) has a lateral extension greater than said second lateral terminal part (14-2).
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Método para producir múltiples canales para su uso en un dispositivo para el intercambio de solutos o calor entre flujos de fluidos y el dispositivo respectivoMethod for producing multiple channels for use in a device for the exchange of solutes or heat between fluid flows and the respective device
Campo de la invenciónField of the invention
La presente invención se refiere en general al intercambio de solutos o calor entre flujos de fluidos, y más específicamente a un método para producir múltiples canales para su uso en un dispositivo para el intercambio de solutos o calor entre flujos de fluidos. La invención se refiere además a un dispositivo para el intercambio de solutos entre al menos dos flujos de fluido.The present invention relates in general to the exchange of solutes or heat between fluid flows, and more specifically to a method for producing multiple channels for use in a device for the exchange of solutes or heat between fluid flows. The invention also relates to a device for the exchange of solutes between at least two fluid flows.
AntecedentesBackground
Hoy en día hay muchas aplicaciones diferentes donde se utiliza la difusión para enriquecer un flujo de fluido con solutos de otro flujo de fluido, o para eliminar solutos o sustancias no deseadas del flujo de fluido. Un ejemplo es en CVAC (calefacción, ventilación y aire acondicionado) donde el vapor de agua se puede eliminar de una corriente de gas para reducir el consumo de energía al reducir la condensación en una unidad de refrigeración o para reciclar la energía del aire de escape en, por ejemplo, un edificio. Otro ejemplo es la ósmosis inversa para desalinizar el agua. Se utilizan diferentes métodos para separar el vapor de agua de un fluido, tales como ruedas giratorias con captura de humedad o intercambiadores de calor de placas con membranas semipermeables. En las tecnologías de secado a gas se utilizan haces de tubos, hechos de materiales como Nafion™.Today there are many different applications where diffusion is used to enrich a fluid flow with solutes from another fluid flow, or to remove solutes or unwanted substances from the fluid flow. An example is in CVAC (heating, ventilation and air conditioning) where water vapor can be removed from a gas stream to reduce energy consumption by reducing condensation in a refrigeration unit or to recycle the energy of the exhaust air in, for example, a building. Another example is reverse osmosis to desalinate water. Different methods are used to separate water vapor from a fluid, such as rotating wheels with moisture capture or plate heat exchangers with semipermeable membranes. Gas-drying technologies use bundles of tubes, made of materials such as Nafion ™.
Sin embargo, estos diferentes métodos para eliminar el vapor de agua de los fluidos tienen ciertas desventajas; los intercambiadores rotativos están provistos de piezas móviles que causan costes de mantenimiento adicionales. Además, los intercambiadores rotativos aumentan el riesgo de contaminación entre corrientes de aire. Los intercambiadores de placas muestran una baja eficiencia con respecto a la entalpía y los tubos Nafion™ son caros. Todos los productores de estas tecnologías intentan encontrar la manera más rentable de producir estos efectos y, por lo tanto, se desarrollan diferentes métodos. En los intercambiadores de calor o humedad basados en placas convencionales, las capas del intercambiador a menudo se componen de espaciadores o elementos de distanciamiento o una estructura de soporte, sobre la cual se coloca una membrana. Dichas estructuras son comunes, pero no logran una alta eficiencia de costes debido a su necesidad de espaciadores, lo que puede resultar costoso dependiendo del material utilizado.However, these different methods for removing water vapor from fluids have certain disadvantages; the rotary exchangers are provided with moving parts that cause additional maintenance costs. In addition, the rotary exchangers increase the risk of contamination between air currents. Plate heat exchangers show low efficiency with respect to enthalpy and Nafion ™ tubes are expensive. All the producers of these technologies try to find the most profitable way to produce these effects and, therefore, different methods are developed. In heat or moisture exchangers based on conventional plates, the layers of the exchanger are often composed of spacers or spacing elements or a support structure, on which a membrane is placed. These structures are common, but they do not achieve high cost efficiency due to their need for spacers, which can be expensive depending on the material used.
Además, los espaciadores también elevan el peso total del intercambiador. Debido al peso, se necesitan más soportes cuando se monta, y un mayor peso también aumenta los riesgos debido a la manipulación durante el mantenimiento. También los costes de transporte aumentan con el mayor peso.In addition, the spacers also raise the total weight of the exchanger. Due to the weight, more supports are needed when mounting, and greater weight also increases the risks due to handling during maintenance. Also the transport costs increase with the greater weight.
En algunas tecnologías de secado a gas, se utilizan una gran cantidad de tubos pequeños para proporcionar un área de superficie de intercambio de humedad elevada junto con buenas características de flujo a través de los haces de tubos, mientras que las características de flujo de gas en el exterior del haz se descuidan en gran medida, a menudo sin separación adecuada para el flujo entre los tubos.In some gas drying technologies, a large number of small tubes are used to provide a high moisture exchange surface area along with good flow characteristics through the tube bundles, while the gas flow characteristics in The exterior of the beam is largely neglected, often without adequate separation for flow between the tubes.
Los tubos en un haz generalmente se usan junto con otra corriente de fluido que va en contracorriente o corriente cruzada hacia los tubos, pero en el exterior, entre los muchos tubos. Cuando se usan tubos fabricados individualmente de diámetro muy pequeño, el coste de producción será alto ya que los tubos pequeños son técnicamente complicados de fabricar y refinar en un producto y, como consecuencia, el producto final se volverá caro. Otro inconveniente es cuando los tubos se empaquetan en un haz; en los productos contemporáneos actuales, no se proporciona espacio suficiente para las características de flujo entre los tubos.The tubes in a bundle are generally used together with another fluid stream going countercurrent or cross current to the tubes, but outside, between the many tubes. When individually fabricated tubes of very small diameter are used, the production cost will be high since small tubes are technically complicated to manufacture and refine in a product and, as a consequence, the final product will become expensive. Another drawback is when the tubes are packed in a bundle; in current contemporary products, sufficient space is not provided for the flow characteristics between the tubes.
La patente DE 2044817 A1 describe un proceso para preparar intercambiadores de calor de placas por medio de soldadura. Las láminas tienen diferentes extensiones terminales laterales para proporcionar un patrón de canal alternativo en sección transversal.DE 2044817 A1 discloses a process for preparing plate heat exchangers by means of welding. The sheets have different lateral terminal extensions to provide an alternative channel pattern in cross section.
La patente FR 1389 144 A describe un intercambiador de calor diseñado para garantizar el intercambio entre dos flujos de fluidos. El intercambiador de calor incluye una pluralidad de elementos cuyas paredes definen los pasos para dos fluidos involucrados en el intercambio de calor. En sus extremos longitudinales, los elementos tienen superficies inclinadas entre los canales, que se extienden hasta aproximadamente la mitad de la altura del elemento. Sumario de la invenciónPatent FR 1389 144 A describes a heat exchanger designed to guarantee the exchange between two fluid flows. The heat exchanger includes a plurality of elements whose walls define the passages for two fluids involved in heat exchange. At their longitudinal ends, the elements have inclined surfaces between the channels, which extend to approximately half the height of the element. Summary of the invention
La presente invención se refiere a un método para producir múltiples canales para su uso en un dispositivo para el intercambio de solutos entre al menos dos flujos de fluido que superan las desventajas e inconvenientes mencionados anteriormente. Una primera y una segunda lámina están comprendidas en el dispositivo. El método comprende las etapas de proporcionar al menos una de las primera y segunda láminas con al menos una superficie perfilada, y unir las primera y segunda láminas juntas. De este modo, los canales están formados por la forma de la superficie perfilada.The present invention relates to a method for producing multiple channels for use in a device for the exchange of solutes between at least two fluid flows that overcome the disadvantages and drawbacks mentioned above. A first and a second sheet are included in the device. The method it comprises the steps of providing at least one of the first and second sheets with at least one profiled surface, and joining the first and second sheets together. In this way, the channels are formed by the shape of the profiled surface.
La presente invención proporciona un método de acuerdo con la reivindicación 1. Este método permite la producción de múltiples canales para su uso en un dispositivo para el intercambio de solutos o calor.The present invention provides a method according to claim 1. This method allows the production of multiple channels for use in a device for the exchange of solutes or heat.
Además, se proporciona un dispositivo para intercambiar solutos o calor entre al menos un primer y un segundo flujo de fluido de acuerdo con la reivindicación 3.In addition, there is provided a device for exchanging solutes or heat between at least a first and a second fluid flow according to claim 3.
Algunas realizaciones de la presente invención son particularmente útiles para intercambiar una sustancia de un primer flujo de fluido a un segundo flujo de fluido, para eliminar o separar la sustancia del primer flujo de fluido. De acuerdo con una realización, las láminas pueden estar provistas de superficies perfiladas reflejadas entre sí. Según otra realización, la sección transversal de los canales puede variar a lo largo de la longitud del dispositivo. Según otra realización, el número de canales a lo largo de la longitud del dispositivo puede variar.Some embodiments of the present invention are particularly useful for exchanging a substance from a first fluid flow to a second fluid flow, to remove or separate the substance from the first fluid flow. According to one embodiment, the sheets may be provided with profiled surfaces reflected from each other. According to another embodiment, the cross section of the channels may vary along the length of the device. According to another embodiment, the number of channels along the length of the device may vary.
De acuerdo con otra realización, el dispositivo puede comprender además una pluralidad de láminas apiladas en múltiples capas. De acuerdo con otra realización, el material laminar puede tener una alta solubilidad en agua. De acuerdo con otra realización, el material laminar puede tener un tamaño de poro entre 0,1 y 50 nanómetros. Según otra realización, el material laminar puede tener un tamaño de poro de 50-500 nanómetros.According to another embodiment, the device may further comprise a plurality of sheets stacked in multiple layers. According to another embodiment, the sheet material can have a high solubility in water. According to another embodiment, the sheet material can have a pore size between 0.1 and 50 nanometers. According to another embodiment, the sheet material may have a pore size of 50-500 nanometers.
Según otra realización, al menos una de las láminas puede ser hidrófoba.According to another embodiment, at least one of the sheets can be hydrophobic.
Según otra realización, al menos una de las láminas puede ser hidrófila.According to another embodiment, at least one of the sheets can be hydrophilic.
Según todavía otra realización, al menos una de las láminas puede ser un metal.According to still another embodiment, at least one of the sheets can be a metal.
La invención de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas proporciona las siguientes ventajas: El área de superficie de intercambio elevada proporcionada por una multitud de canales, junto con buenas características de flujo entre capas proporciona una situación ideal para la transferencia de difusión o transferencia de calor entre corrientes de fluido.The invention according to the appended claims provides the following advantages: The high exchange surface area provided by a multitude of channels, together with good inter-layer flow characteristics provides an ideal situation for diffusion transfer or heat transfer between streams of fluid.
El presente diseño permite cualquier distancia entre capas según las necesidades. Las características de flujo entre capas también se pueden ajustar aumentando la distancia entre capas o escalonando el diseño de la capa.The present design allows any distance between layers according to the needs. The flow characteristics between layers can also be adjusted by increasing the distance between layers or staggering the design of the layer.
Otra ventaja es, por ejemplo, en el caso de que se vaya a secar un fluido, que puede fluir una corriente de aire más grande fuera de los canales, o entre capas en las realizaciones provistas de más de una capa, por lo que el fluido dentro de los canales se seca más eficazmente. Mediante un diseño adecuado de la distancia entre capas, la cantidad de flujo entre capas puede optimizarse para la aplicación.Another advantage is, for example, in the case that a fluid is to be dried, that a larger air stream may flow out of the channels, or between layers in the embodiments provided with more than one layer, so that the fluid inside the channels dries more effectively. By means of a suitable design of the distance between layers, the quantity of flow between layers can be optimized for the application.
La presente invención proporciona un dispositivo que permite un diseño de contracorriente con una configuración ajustada y sin necesidad de material separador aparte para permitir el flujo a través de las láminas. Además, el dispositivo proporciona características de flujo excepcionalmente buenas entre capas debido a su diseño con múltiples canales y diseño de capas apiladas con distancia ajustable entre capas. Además, los canales integrados proporcionan un bajo mantenimiento y un bajo riesgo de rasgado ya que no hay desgaste debido a las vibraciones de las láminas contra las estructuras de soporte.The present invention provides a device that allows a countercurrent design with a tight configuration and no need for separate spacer material to allow flow through the sheets. In addition, the device provides exceptionally good inter-layer flow characteristics due to its multi-channel design and stacked layer design with adjustable distance between layers. In addition, the integrated channels provide low maintenance and a low risk of tearing as there is no wear due to the vibrations of the sheets against the supporting structures.
Otra ventaja adicional es que el dispositivo es barato de fabricar con separación automática de canales individuales y con buenas características de flujo exterior ajustables independientemente. Además, la presente invención proporciona un dispositivo para el intercambio de solutos que elimina la necesidad de estructuras de soporte adicionales entre las láminas mientras que al mismo tiempo proporciona un medio para el flujo de contracorriente, que mejora la eficiencia significativamente en comparación con la tecnología convencional.A further advantage is that the device is inexpensive to manufacture with automatic separation of individual channels and with good external flow characteristics independently adjustable. In addition, the present invention provides a device for the exchange of solutes that eliminates the need for additional support structures between the sheets while at the same time providing a means for countercurrent flow, which improves efficiency significantly compared to conventional technology. .
Otras realizaciones preferidas se definen por las reivindicaciones dependientes.Other preferred embodiments are defined by the dependent claims.
Breve descripción de los dibujosBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La invención se describe ahora, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:The invention is now described, by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which:
La Figura 1 muestra un dispositivo para el intercambio de vapor de agua de acuerdo con la técnica anterior. La Figura 2 muestra una lámina con una superficie perfilada fuera del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Figure 1 shows a device for the exchange of water vapor according to the prior art. Figure 2 shows a sheet with a profiled surface outside the scope of the appended claims.
La Figura 3 muestra una lámina con una superficie perfilada fuera del alcance de las reivindicaciones adjuntas. La Figura 4 muestra dos láminas con superficies perfiladas unidas fuera del alcance de las reivindicaciones adjuntas.Figure 3 shows a sheet with a profiled surface outside the scope of the appended claims. Figure 4 shows two sheets with profiled surfaces joined out of the scope of the appended claims.
La Figura 5 muestra una pluralidad de láminas con superficies perfiladas unidas.Figure 5 shows a plurality of sheets with profiled surfaces attached.
Las Figuras 6 y 7 muestran láminas con superficies perfiladas alternativas.Figures 6 and 7 show sheets with alternative profiled surfaces.
La Figura 8 muestra una pluralidad de láminas unidas en capas escalonadas.Figure 8 shows a plurality of sheets joined in stepped layers.
La Figura 9 muestra dos láminas con superficies perfiladas unidas fuera del alcance de las reivindicaciones adjuntas.Figure 9 shows two sheets with profiled surfaces joined out of the scope of the appended claims.
La Figura 10 muestra una lámina con superficies perfiladas unidas con una lámina con una superficie lisa fuera del alcance de las reivindicaciones adjuntas.Figure 10 shows a sheet with profiled surfaces joined with a sheet with a smooth surface outside the scope of the appended claims.
La Figura 11 muestra una lámina con otra superficie perfilada alternativa.Figure 11 shows a sheet with another alternative profiled surface.
La Figura 12a muestra una vista en perspectiva de un ejemplo de una lámina para su uso en un dispositivo de intercambio de acuerdo con la invención.Figure 12a shows a perspective view of an example of a sheet for use in an exchange device according to the invention.
La Figura 12b muestra una vista en perspectiva de una pila de láminas como se muestra en la Figura 12a, que forman parte de un dispositivo de intercambio según la invención.Figure 12b shows a perspective view of a stack of sheets as shown in Figure 12a, forming part of an exchange device according to the invention.
La Figura 13 muestra una vista frontal de la lámina en la Figura 12a.Figure 13 shows a front view of the sheet in Figure 12a.
La Figura 14 muestra una vista en perspectiva de una pila de láminas que forman parte de un dispositivo de intercambio de acuerdo con otro ejemplo de la invención.Figure 14 shows a perspective view of a stack of sheets forming part of an exchange device according to another example of the invention.
La Figura 15 muestra una vista en sección transversal de una pila de láminas, que ilustra el flujo de un fluido en una dirección perpendicular a la extensión longitudinal de las láminas.Figure 15 shows a cross-sectional view of a stack of sheets, illustrating the flow of a fluid in a direction perpendicular to the longitudinal extent of the sheets.
Descripción detallada de los ejemplos que promueven la comprensión de la invención y las realizaciones preferidas La Figura 1 muestra un dispositivo para el intercambio de vapor de agua de acuerdo con la técnica anterior. En la tecnología convencional, se utiliza un material corrugado o un elemento de distribución de flujo entre láminas lisas de material permeable para definir los canales y la dirección del flujo y para proporcionar un espaciador uniforme para separar las capas. En algunos ejemplos, los lados de las láminas están hacia abajo para proporcionar espaciadores. Este diseño siempre está limitado a una configuración de flujo cruzado.DETAILED DESCRIPTION OF THE EXAMPLES THAT PROMOTE UNDERSTANDING THE INVENTION AND PREFERRED EMBODIMENTS Figure 1 shows a device for the exchange of water vapor according to the prior art. In conventional technology, a corrugated material or a flux distribution element is used between smooth sheets of permeable material to define the channels and direction of flow and to provide a uniform spacer for separating the layers. In some examples, the sides of the sheets are down to provide spacers. This design is always limited to a cross flow configuration.
La Figura 2 muestra una lámina 3 con una superficie perfilada 5. Para crear la forma de la superficie perfilada 5, se pueden utilizar varios métodos diferentes en la fabricación. Por ejemplo, la lámina puede ser una placa corrugada. Como ejemplo adicional, una lámina de un material se puede calentar hasta un grado en el que es deformable y a continuación se enfría después de conformarlo sobre un molde/cuerpo y, por lo tanto, dejar que se fije la forma. Una vez deformada permanentemente, la forma se mantendrá. Otra forma es dejar que una gran cantidad de hilos extremadamente finos caigan al azar sobre un molde/cuerpo, por ejemplo, mediante electro-hilado, para producir una forma que, una vez que se endurezca, mantenga su forma incluso cuando esté deformada. Otra forma más de crear la forma de la superficie perfilada 5 es cortar canales con patrones de flujo favorables en un lado, o ambos lados, de una lámina de un material sólido o poroso. El material laminar 3, 4 puede ser semipermeable, o permeable a ciertas sustancias o solutos. El material laminar puede ser poroso o sólido o ambos.Figure 2 shows a sheet 3 with a profiled surface 5. To create the shape of the profiled surface 5, various different methods can be used in manufacturing. For example, the sheet can be a corrugated plate. As a further example, a sheet of a material can be heated to a degree where it is deformable and then cooled after forming it on a mold / body and, therefore, allowing the shape to be fixed. Once permanently deformed, the shape will remain. Another way is to let a large amount of extremely fine yarns fall randomly onto a mold / body, for example, by electro-spinning, to produce a shape which, once hardened, retains its shape even when deformed. Yet another way to create the shape of the profiled surface 5 is to cut channels with favorable flow patterns on one side, or both sides, of a sheet of a solid or porous material. The sheet material 3, 4 can be semipermeable, or permeable to certain substances or solutes. The sheet material can be porous or solid or both.
Los métodos descritos anteriormente son especialmente adecuados cuando la dimensión de los canales 1 es pequeña. Con esos métodos, se pueden producir pequeños canales con una sección transversal de solo unos pocos milímetros de manera fácil y económica.The methods described above are especially suitable when the dimension of the channels 1 is small. With these methods, small channels with a cross section of only a few millimeters can be produced easily and economically.
La forma de la superficie perfilada, y por lo tanto la sección transversal de los canales formados por las superficies, puede variar, dependiendo de las características de flujo deseadas. La sección transversal de los canales puede ser, por ejemplo, circular, hexagonal, cuadrada o triangular. Un primer y un segundo fluido pueden fluir a contracorriente entre sí, dentro y fuera del canal 1, respectivamente.The shape of the profiled surface, and therefore the cross section of the channels formed by the surfaces, can vary, depending on the desired flow characteristics. The cross section of the channels can be, for example, circular, hexagonal, square or triangular. A first and a second fluid can flow countercurrently to each other, in and out of channel 1, respectively.
Los fluidos en los canales pueden ser un gas o un líquido.The fluids in the channels can be a gas or a liquid.
La Figura 3 muestra otra lámina 3 con una superficie perfilada 5 de acuerdo con una realización de la invención. La lámina está provista además de aberturas para facilitar el flujo entre las capas 7 cuando una pluralidad de láminas se une entre sí en múltiples capas 7. Figure 3 shows another sheet 3 with a profiled surface 5 according to an embodiment of the invention. The sheet is further provided with openings to facilitate flow between the layers 7 when a plurality of sheets are joined together in multiple layers 7.
La Figura 4 muestra dos láminas 3, 4 con superficies perfiladas 5 unidas. Al proporcionar una lámina de un material de base con una superficie perfilada 5, por ejemplo, como se muestra en la Figura 1, y al unir dos de dichas láminas 3, 4 de las superficies perfiladas 5 configuradas opuestas y preferiblemente reflejadas entre sí, se puede formar una multitud de pequeños canales 1 mediante un proceso fácilmente automatizado. La unión de las láminas 3, 4 se puede lograr, por ejemplo, mediante soldadura, pegado o fusión, o cualquier otro proceso adhesivo adecuado que una las dos placas perfiladas de forma hermética. Las láminas 3, 4 están provistas de una superficie perfilada 5 mediante la cual se consiguen canales 1 con secciones transversales circulares. Los canales 1 pueden tener cualquier otra forma adecuada, por ejemplo, ovalada, hexagonal o cuadrada.Figure 4 shows two sheets 3, 4 with profiled surfaces 5 joined together. By providing a sheet of a base material with a profiled surface 5, for example, as shown in Figure 1, and by joining two of said sheets 3, 4 of the profiled surfaces 5 configured opposite and preferably reflected together, it can form a multitude of small channels 1 through an easily automated process. The joining of the sheets 3, 4 can be achieved, for example, by welding, gluing or melting, or any other suitable adhesive process that unites the two profiled plates in a hermetic manner. The sheets 3, 4 are provided with a profiled surface 5 by means of which channels 1 with circular cross sections are achieved. The channels 1 can have any other suitable shape, for example, oval, hexagonal or square.
La Figura 5 muestra una pluralidad de láminas 3, 4 unidas.Figure 5 shows a plurality of sheets 3, 4 attached.
Cuando se apilan, como se muestra en la figura, las láminas 3, 4 forman múltiples capas 7. Dicha configuración resulta en una baja caída de la presión cuando los fluidos fluyen de un lado al otro, asegurando y manteniendo las características de flujo de los canales y un flujo de fluido sin obstrucciones entre las capas 7, fuera de los canales 1. Las Figuras 6 y 7 muestran las láminas 3 con superficies perfiladas alternativas 5.When stacked, as shown in the figure, the sheets 3, 4 form multiple layers 7. Said configuration results in a low pressure drop when the fluids flow from one side to the other, ensuring and maintaining the flow characteristics of the channels and an unobstructed fluid flow between the layers 7, outside the channels 1. Figures 6 and 7 show the sheets 3 with alternative profiled surfaces 5.
La Figura 8 muestra una pluralidad de láminas 3, 4 unidas en múltiples capas 7. Las capas 7 están desplazadas una en relación con la otra, por lo que se proporciona un dispositivo con una pluralidad de capas 7 con una configuración escalonada. Una formación escalonada reduce la distancia entre las capas 7 y, por lo tanto, aumenta el área de superficie total por unidad de volumen de la configuración, y la unidad se puede hacer más compacta mientras se mantiene la misma área de superficie.Figure 8 shows a plurality of sheets 3, 4 joined in multiple layers 7. The layers 7 are offset one in relation to the other, whereby a device with a plurality of layers 7 with a stepped configuration is provided. A stepped formation reduces the distance between the layers 7 and, therefore, increases the total surface area per unit volume of the configuration, and the unit can be made more compact while maintaining the same surface area.
La Figura 9 muestra dos láminas con superficies perfiladas unidas entre sí.Figure 9 shows two sheets with profiled surfaces joined together.
La Figura 10 muestra una lámina 3 con superficies perfiladas 5 unidas entre sí con una lámina con una superficie lisa. De este modo, se proporcionan los canales 1 que muestran una sección transversal semicircular.Figure 10 shows a sheet 3 with profiled surfaces 5 joined together with a sheet with a smooth surface. In this way, channels 1 showing a semicircular cross section are provided.
La Figura 11 muestra una lámina con una superficie perfilada alternativa 5. La lámina también está provista de una pluralidad de aberturas 6 para facilitar el flujo entre las capas 7 cuando una pluralidad de láminas 3, 4 están unidas entre sí en múltiples capas 7.Figure 11 shows a sheet with an alternate profiled surface 5. The sheet is also provided with a plurality of openings 6 to facilitate flow between the layers 7 when a plurality of sheets 3, 4 are joined together in multiple layers 7.
Para separar la entrada de flujos, se pueden cortar las aberturas entre los canales. Esto proporciona canales de entrada perpendiculares a la dirección principal de los canales, separando así el flujo fuera de los canales o, en el caso de capas múltiples, entre capas, del punto de entrada del flujo dentro de los canales. Si la configuración de múltiples capas 7 es escalonada, se puede usar el mismo método para un canal diagonal, perpendicular a los canales para introducir el flujo entre las capas 7.To separate the inflow of flows, the openings between the channels can be cut. This provides input channels perpendicular to the main direction of the channels, thus separating the flow out of the channels or, in the case of multiple layers, between layers, from the point of entry of the flow into the channels. If the multilayer configuration 7 is stepped, the same method can be used for a diagonal channel, perpendicular to the channels to introduce the flow between the layers 7.
Las superficies perfiladas 5 pueden formarse mediante cualquier método adecuado, por ejemplo, calentando las láminas, deformándolas con lo que las superficies se perfilan, y a continuación enfriándolas con lo que la forma de las superficies perfiladas permanece en su forma deformada. Otro ejemplo es dejar que una pluralidad de hilos delgados caigan al azar sobre un cuerpo con una superficie perfilada, por lo que se crea una lámina con una superficie perfilada 5 que, una vez fijada, mantendrá su forma. Otra alternativa puede ser cortar canales en un lado, o en ambos lados, de una primera y una segunda lámina de un material sólido o poroso. Aún más, la superficie perfilada se puede proporcionar aplicando un patrón de un plástico u otro material adecuado sobre láminas.The shaped surfaces 5 can be formed by any suitable method, for example, by heating the sheets, deforming them with what the surfaces are profiled, and then cooling them so that the shape of the profiled surfaces remains in their deformed shape. Another example is to let a plurality of thin threads fall randomly on a body with a profiled surface, whereby a sheet with a profiled surface 5 is created which, once fixed, will maintain its shape. Another alternative may be to cut channels on one side, or on both sides, of a first and a second sheet of a solid or porous material. Still further, the profiled surface can be provided by applying a pattern of a plastic or other suitable material onto sheets.
Además, las aberturas 6 se pueden cortar entre los canales 1 para proporcionar una entrada que distribuya el flujo desde una dirección perpendicular a los canales 1, entre las capas 7. Esto proporciona un flujo sin obstrucciones perpendicular a la dirección principal de los canales, separando así el flujo entre los canales desde el punto de entrada del flujo dentro de los canales. Si la configuración de las capas 7 es escalonada, se puede usar el mismo método para un canal diagonal, perpendicular a los canales para introducir el flujo entre las capas 7.In addition, the openings 6 can be cut between the channels 1 to provide an inlet that distributes the flow from a direction perpendicular to the channels 1, between the layers 7. This provides an unobstructed flow perpendicular to the main direction of the channels, separating thus the flow between the channels from the entry point of the flow within the channels. If the configuration of the layers 7 is stepped, the same method can be used for a diagonal channel, perpendicular to the channels to introduce the flow between the layers 7.
Para distribuir los flujos de manera uniforme y fácil entre las capas 7, las aberturas 6 se pueden cortar entre los extremos de los canales (principalmente para la distribución del flujo), o en intervalos a lo largo de toda la longitud de los canales, proporcionando un medio simple para la ecualización de la presión y la trayectoria de flujo fácil. Para proporcionar un conjunto de canales para flujo cruzado o contracorriente, las aberturas espaciadas uniformemente se pueden cortar entre canales para proporcionar un flujo sin obstrucciones entre canales desde dos direcciones (de arriba a abajo o de lado a lado), ambos perpendiculares a la dirección principal del flujo dentro de los canales.To distribute the flows uniformly and easily between the layers 7, the openings 6 can be cut between the ends of the channels (mainly for the distribution of the flow), or at intervals along the entire length of the channels, providing a simple means for pressure equalization and easy flow path. To provide a set of channels for cross flow or countercurrent, evenly spaced openings can be cut between channels to provide unobstructed flow between channels from two directions (top to bottom or side to side), both perpendicular to the main direction of the flow within the channels.
Cualquiera de los ejemplos descritos anteriormente puede utilizarse en aplicaciones de intercambio de humedad, para intercambio de solutos o, alternativamente, en aplicaciones de intercambio de calor. La funcionalidad depende del material en el que se fabrican las láminas.Any of the examples described above can be used in moisture exchange applications, for solute exchange or, alternatively, in heat exchange applications. The functionality depends on the material in which the sheets are manufactured.
Para aplicaciones de intercambio de calor, normalmente se puede usar un material con alta conductividad térmica. Dichos materiales incluyen metales tales como aluminio y acero inoxidable, o termoplásticos como polipropileno o tereftalato de polietileno (PET). Para aplicaciones que involucran el intercambio de solutos, normalmente se puede utilizar un material permeable o semipermeable como se describe anteriormente.For heat exchange applications, a material with high thermal conductivity can normally be used. Such materials include metals such as aluminum and stainless steel, or thermoplastics such as polypropylene or polyethylene terephthalate (PET). For applications involving the exchange of solutes, a permeable or semipermeable material can normally be used as described above.
La Figura 12a muestra una perspectiva de una lámina 10 según un ejemplo de la presente invención. La lámina 10 se puede fabricar de cualquier manera como ya se ha descrito anteriormente. La lámina se puede utilizar en aplicaciones de intercambio de humedad, para intercambio de solutos o, alternativamente, en aplicaciones de intercambio de calor. Como se ha mencionado anteriormente, la aplicación particular depende del material de la lámina 10.Figure 12a shows a perspective view of a sheet 10 according to an example of the present invention. The sheet 10 can be manufactured in any manner as already described above. The sheet can be used in moisture exchange applications, for solute exchange or, alternatively, in heat exchange applications. As mentioned above, the particular application depends on the material of the sheet 10.
La lámina 10 tiene un primer extremo 10-1 y un segundo extremo 10-2 opuesto al primer extremo 10-1. La lámina 10 tiene una pluralidad de canales 12 que presentan una superficie perfilada de la lámina 10.The sheet 10 has a first end 10-1 and a second end 10-2 opposite the first end 10-1. The sheet 10 has a plurality of channels 12 having a profiled surface of the sheet 10.
La lámina 10 tiene además una primera parte lateral 14-1 y una segunda parte lateral 14-1 opuesta a la primera parte lateral 14-1. La primera parte lateral 14-1 y la segunda parte lateral 14-2 forman límites exteriores de la lámina 10 en su dirección longitudinal.The sheet 10 further has a first side portion 14-1 and a second side portion 14-1 opposite the first side portion 14-1. The first side part 14-1 and the second side part 14-2 form outer limits of the sheet 10 in its longitudinal direction.
Las láminas 10 se pueden unir por pares con los canales correspondientes 12 enfrentados entre sí, en el que los canales correspondientes 12 forman así canales o tubos cerrados.The sheets 10 can be joined in pairs with the corresponding channels 12 facing each other, in which the corresponding channels 12 thus form closed channels or tubes.
Las láminas 10 se pueden ensamblar por pares para formar un conjunto de láminas apiladas 16, como se muestra en la Figura 12b y se muestra esquemáticamente en la Figura 15. El conjunto de láminas apiladas forma múltiples canales 12 a través de los cuales puede fluir un primer fluido. En capas entre cada par de láminas 10, puede fluir un segundo fluido. El segundo fluido se proporciona normalmente en el conjunto de láminas apiladas 16 desde un lado definido por la primera parte lateral 14-1. El segundo flujo de fluido normalmente sale del conjunto de láminas apiladas 16 desde un lado definido por la segunda parte lateral 14-2. Mientras el segundo fluido fluye a través del conjunto de láminas apiladas 16, puede fluir tanto en paralelo con los canales 12, como perpendicular a los canales 12.The sheets 10 can be assembled in pairs to form a set of stacked sheets 16, as shown in Figure 12b and shown schematically in Figure 15. The set of stacked sheets forms multiple channels 12 through which a blank can flow. first fluid. In layers between each pair of sheets 10, a second fluid can flow. The second fluid is normally provided in the stack of stacked sheets 16 from a side defined by the first side portion 14-1. The second fluid flow normally leaves the stack of stacked sheets 16 from a side defined by the second side portion 14-2. While the second fluid flows through the set of stacked sheets 16, it can flow both in parallel with the channels 12, and perpendicular to the channels 12.
En caso de que el conjunto de láminas apiladas esté dispuesto de manera que permita el flujo de fluido del segundo fluido sea paralelo a los canales 12, la dirección del flujo normalmente es en una dirección opuesta a la dirección del flujo del primer fluido que fluye a través de los canales 12. Sin embargo el flujo de fluido del primer y del segundo fluido también puede estar en la misma dirección en algunas aplicaciones.In case the set of stacked sheets is arranged so as to allow the flow of fluid from the second fluid to be parallel to the channels 12, the flow direction is usually in a direction opposite to the flow direction of the first fluid flowing to the second fluid. through the channels 12. However, the fluid flow of the first and the second fluid may also be in the same direction in some applications.
La primera parte lateral 14-1 y la segunda parte lateral 14-2 presentan superficies sustancialmente planas.The first side part 14-1 and the second side part 14-2 have substantially planar surfaces.
La primera porción lateral 14-1 puede tener una extensión lateral mayor d1 desde un canal más exterior 12 desde la que se extiende, en comparación con una extensión lateral d2 de la segunda porción lateral 14-1 con respecto a la extensión de la segunda porción lateral 14-2 desde un canal más alejado 12 desde el cual se extiende, como se muestra en la Figura 15.The first side portion 14-1 may have a greater lateral extension d 1 from a more outer channel 12 from which it extends, as compared to a lateral extension d 2 of the second side portion 14-1 with respect to the extension of the second side portion 14-2 from a further channel 12 from which it extends, as shown in Figure 15.
Al proporcionar una lámina 10 con una configuración en la que la primera porción lateral 14-1 tiene una extensión lateral mayor d1 desde un canal más exterior que la extensión lateral d2 de la segunda porción lateral 14-2, se pueden apilar pares de láminas unidas 10 de manera que los canales 12 para cada par de láminas se disponen de manera alterna. De esta manera, cada segunda capa de pares de láminas tiene sus canales en planos mutuos. De este modo, el flujo de fluido puede pasar entre cada par de láminas 10 en una dirección desde la primera parte lateral 14-1 hasta la segunda parte lateral 14-2.By providing a sheet 10 with a configuration in which the first side portion 14-1 has a greater lateral extension d 1 from a channel more exterior than the lateral extension d 2 of the second side portion 14-2, pairs of joined sheets 10 so that the channels 12 for each pair of sheets are arranged alternately. In this way, each second layer of pairs of sheets has their channels in mutual planes. In this way, the fluid flow can pass between each pair of sheets 10 in a direction from the first side part 14-1 to the second side part 14-2.
La lámina 10 mostrada en la Figura 12a tiene una primera parte terminal 11-1 en su primer extremo 10-1. La lámina 10 tiene una segunda parte terminal 11-2 en su segundo extremo 10-2. La primera parte terminal 11-1 y la segunda parte terminal 11-2 tienen una pluralidad de superficies intermedias inclinadas 13. Se proporciona una superficie intermedia inclinada 13 entre cada canal adyacente 12. Las superficies intermedias inclinadas 13 están sustancialmente niveladas con una superficie superior externa 15 de los canales 12 en el primer extremo 10-1 y el segundo extremo 10-2.The sheet 10 shown in Figure 12a has a first end portion 11-1 at its first end 10-1. The sheet 10 has a second end portion 11-2 at its second end 10-2. The first end portion 11-1 and the second end portion 11-2 have a plurality of inclined intermediate surfaces 13. An inclined intermediate surface 13 is provided between each adjacent channel 12. The inclined intermediate surfaces 13 are substantially flush with an outer top surface 15 of the channels 12 at the first end 10-1 and the second end 10-2.
Las superficies intermedias inclinadas 13 tienen una inclinación hacia abajo desde el primer extremo 10-1 y el segundo extremo 10-2 en una dirección hacia una porción media 17 de la lámina 10. Entre la primera parte terminal 11-1 y la segunda parte terminal 11-2, las superficies intermedias entre los canales 12 son sustancialmente paralelas a los canales 12.The inclined intermediate surfaces 13 have a downward inclination from the first end 10-1 and the second end 10-2 in a direction towards an average portion 17 of the sheet 10. Between the first terminal part 11-1 and the second terminal part 11-2, the intermediate surfaces between the channels 12 are substantially parallel to the channels 12.
Las superficies intermedias inclinadas 13 proporcionan extremos abiertos para cada par de láminas unidas 10 ya que no se forman canales en el primer extremo 10-1 y el segundo extremo 10-2. De este modo, la primera parte terminal 11-1 y la segunda parte terminal 11-2 actúan como miembros de distribución de flujo, distribuyendo uniformemente el flujo de fluido entrante 18 en la pluralidad de canales unidos 12 en el primer extremo 10-1 y recogiendo el flujo de cada canal 12 en el segundo extremo 10-2. Este proceso se ilustra esquemáticamente en la Figura 12a. The inclined intermediate surfaces 13 provide open ends for each pair of joined sheets 10 since no channels are formed at the first end 10-1 and the second end 10-2. In this way, the first terminal part 11-1 and the second terminal part 11-2 act as flow distribution members, evenly distributing the incoming fluid flow 18 in the plurality of channels 12 attached at the first end 10-1 and collecting the flow of each channel 12 at the second end 10-2. This process is illustrated schematically in Figure 12a.
Además, las superficies intermedias inclinadas que están sustancialmente al nivel de las superficies superiores 15 de los canales 12 en el primer extremo 10-1 y el segundo extremo 10-2 proporcionan un elemento de distanciamiento para que los pares apilados de láminas 10 puedan distanciarse correctamente. De este modo, se puede obtener un flujo de fluido entre cada capa de par de láminas 10 unidas. El distanciamiento aparecerá solo en la primera parte terminal 11-1 y la segunda parte terminal 11-2. Por lo tanto, el flujo de fluido puede proporcionarse sin obstrucciones en el área entre la primera parte terminal 11-1 y la segunda parte terminal 11-2. Sin embargo, se prevé que se puedan proporcionar otros medios de separación a lo largo de la extensión axial de la lámina, si las láminas son muy largas, para separar pares de láminas entre sí.In addition, the inclined intermediate surfaces that are substantially at the level of the upper surfaces 15 of the channels 12 at the first end 10-1 and the second end 10-2 provide a spacing element so that the stacked pairs of sheets 10 can be properly spaced apart . In this way, a fluid flow can be obtained between each pair layer of sheets 10 attached. The spacing will appear only in the first terminal part 11-1 and the second terminal part 11-2. Therefore, fluid flow can be provided without obstructions in the area between the first terminal portion 11-1 and the second terminal portion 11-2. However, it is envisaged that other separation means may be provided along the axial extension of the sheet, if the sheets are too long, to separate pairs of sheets from each other.
La Figura 13 muestra una vista frontal de la lámina 10. Una superficie plana 19 permite el apilamiento de múltiples pares de láminas 10 mientras se distancian adecuadamente cada par de sus dos pares de láminas adyacentes 10. La Figura 14 muestra un conjunto de láminas apiladas 16', que es una variación del conjunto de láminas apiladas 16. En general, el conjunto de láminas apiladas 16' tiene un diseño similar al de un conjunto de láminas apiladas 16. Sin embargo, la lámina 10' utiliza otras técnicas distintas de las anteriores. Se describen superficies intermedias con pendiente para separar cada par de láminas unidas 10'. En particular, cada par de láminas unidas 10' puede apilarse con otro par de láminas unidas 10', por ejemplo, proporcionando una cadena de adhesivo termofusible transversalmente a través de una superficie exterior 15' de un primer y un segundo extremo de cada lámina 10'. Otra alternativa es proporcionar miembros distanciados en cada extremo.Figure 13 shows a front view of the sheet 10. A flat surface 19 allows the stacking of multiple pairs of sheets 10 while properly spacing each pair of its two pairs of adjacent sheets 10. Figure 14 shows a set of stacked sheets 16 ', which is a variation of the set of stacked sheets 16. In general, the set of stacked sheets 16' has a design similar to that of a set of stacked sheets 16. However, the sheet 10 'uses other techniques than the previous ones . Intermediate surfaces with slope are disclosed to separate each pair of joined sheets 10 '. In particular, each pair of joined sheets 10 'can be stacked with another pair of joined sheets 10', for example, by providing a string of hot-melt adhesive transversely across an outer surface 15 'of a first and a second end of each sheet 10 ' Another alternative is to provide spaced members at each end.
La Figura 15 ilustra cómo los fluidos fluyen transversalmente a través de una parte del conjunto de láminas apiladas 16. Se muestra con fines ilustrativos un flujo de fluidos F entre solo dos pares de láminas unidas 10.Figure 15 illustrates how fluids flow transversely through a portion of the stack of stacked sheets 16. Illustratively shown is a flow of fluids F between only two pairs of joined sheets 10.
A medida que el flujo de fluido F ingresa al conjunto de láminas apiladas 16, el flujo laminar se vuelve turbulento. Este efecto se debe en parte a las porciones de canal que sobresalen hacia abajo 12-1 que dirigen el flujo de fluido F hacia las porciones de canal que sobresalen hacia arriba 12-2. Por lo tanto, el flujo de fluido tendrá un gradiente de velocidad más uniforme, lo que resultará en un flujo turbulento y una baja caída de presión a través del conjunto de láminas apiladas 16. Por lo tanto, la velocidad de flujo se puede mantener sustancialmente a lo largo de todo el conjunto de láminas apiladas 16. Además, debido a la naturaleza del flujo turbulento resultante, la resistencia reducida de la capa límite resulta en un intercambio más eficiente con el primer fluido que fluye en el canal 12. Por lo tanto, se puede proporcionar un enfriamiento o calentamiento muy eficiente.As the fluid flow F enters the set of stacked sheets 16, the laminar flow becomes turbulent. This effect is due in part to the downwardly projecting channel portions 12-1 which direct the fluid flow F towards the channel portions projecting upwards 12-2. Therefore, the fluid flow will have a more uniform velocity gradient, which will result in a turbulent flow and a low pressure drop across the set of stacked sheets 16. Therefore, the flow velocity can be maintained substantially along the entire set of stacked sheets 16. In addition, due to the nature of the resulting turbulent flow, the reduced strength of the boundary layer results in a more efficient exchange with the first fluid flowing in channel 12. Therefore, , a very efficient cooling or heating can be provided.
Se debe tener en cuenta que palabras como "hacia arriba" y "hacia abajo" solo reflejan el diseño geométrico del ensamblaje de láminas apiladas en la Figura 15 y no debe interpretarse como una limitación de dichas características de esta manera. En realidad, las direcciones en las que sobresalen los canales dependen de la orientación del conjunto de láminas apiladas.It should be kept in mind that words such as "up" and "down" only reflect the geometric design of the stacked sheet assembly in Figure 15 and should not be interpreted as limiting such characteristics in this way. In fact, the directions in which the channels protrude depend on the orientation of the set of stacked sheets.
Los fluidos que fluyen a través del conjunto de láminas apiladas 16 pueden ser cualquier gas o cualquier líquido adecuado para aplicaciones de intercambio de solutos y/o calor. La lámina se puede construir de cualquier material adecuado, dependiendo de la aplicación, por ejemplo, para intercambiar solutos, o para fines de enfriamiento o calentamiento.The fluids flowing through the set of stacked sheets 16 can be any gas or any liquid suitable for solute and / or heat exchange applications. The sheet can be constructed of any suitable material, depending on the application, for example, to exchange solutes, or for cooling or heating purposes.
La invención se ha descrito más arriba principalmente con referencia a algunas realizaciones. Sin embargo, como apreciarán fácilmente los expertos en la técnica, otras realizaciones distintas de las descritas anteriormente son igualmente posibles dentro del alcance de la invención, tal como se define en las reivindicaciones de patente adjuntas. Por ejemplo, una lámina puede tener un primer extremo y un segundo extremo que no son opuestos entre sí; la lámina puede tener otras formas además de ser rectangular. Por ejemplo, la lámina puede tener una forma romboidal, o estar formada como una 'U'. The invention has been described above mainly with reference to some embodiments. However, as will be readily appreciated by those skilled in the art, other embodiments than those described above are equally possible within the scope of the invention, as defined in the appended patent claims. For example, a sheet may have a first end and a second end that are not mutually opposed; the sheet can have other shapes besides being rectangular. For example, the sheet may have a rhomboidal shape, or be formed as a 'U'.
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