ES2301654T3 - Metodo de enfriamiento. - Google Patents

Abstract

Un método de enfriamiento de un fluido en una unidad de intercambio de calor para el enfriamiento del fluido, incluyendo el método las etapas de pasar el fluido de enfriamiento de un sistema de enfriamiento a través de un intercambiador de calor primario (75) que tiene un circuito de fluido cerrado en donde queda está contenido el fluido, situar un enfriador de aire (85, 87) aguas arriba del intercambiador de calor primario, y causar un flujo de aire a través de dicho enfriador primario y sobre una porción del circuito de fluido cerrado por medio de un dispositivo ventilador (77, 79), en donde la unidad de intercambio de calor secundaria (85, 87) presenta una pluralidad de entradas de aire y dicho enfriador de aire (85, 87) incluye un material absorbente de la humedad que, en la práctica, se mantiene húmedo con agua, de manera que el aire es enfriado por la acción de la vaporización, extendiéndose el material absorbente de la humedad por toda la zona de las entradas de aire y transfiriendo vapor de agua al aire obligado a pasar a través del material, caracterizado porque el fluido es agua que permanece en estado líquido durante su paso a través de la unidad de intercambio de calor primaria, y porque el aire enfriado emitido desde el enfriador de aire está sustancialmente libre de agua en estado líquido y el enfriador de aire (85, 87) está separado de la unidad de intercambio de calor primaria (75) en una distancia a lo largo del recorrido del flujo de aire desde el enfriador a la unidad de intercambio de calor primaria, para impedir que el agua, en estado líquido, pase desde el enfriador de aire e incida sobre una superficie de la unidad de intercambio de calor primaria (75).

Description

Método de enfriamiento.

Campo de la invención

La presente invención se refiere en general al enfriamiento de aire y, más particularmente, a un método para enfriar aire en sistemas que incluyen una unidad de intercambio de calor para efectuar la transferencia de calor desde un fluido de enfriamiento. La invención resulta en particular adecuada en sistemas de refrigeración para volúmenes relativamente grandes, tal como es requerido en circunstancias tales como el enfriamiento del aire en grandes edificios de oficinas.

Antecedentes de la invención

Las zonas ocupadas por personas requieren generalmente alguna forma de calefacción y/o refrigeración con el fin de mantener la zona a una temperatura razonable. En ciertos casos, disposiciones legales o contractuales requieren que una zona o edificio se mantenga dentro de ciertos límites de temperatura.

En consecuencia, se han desarrollado sistemas de calefacción y refrigeración en el transcurso del tiempo, los cuales existen en la mayoría de los edificios modernos al objeto de mantener la temperatura en tales edificios dentro de límites de temperatura predeterminados.

El calentamiento y enfriamiento de grandes zonas tales como edificios de oficinas, requieren normalmente una importante inversión de capital en la planta e instalación que efectúa el calentamiento y/o enfriamiento.

En climas cálidos, los sistemas de enfriamiento que incorporan una torre de enfriamiento han llegado a ser un tipo de sistema popular para enfriar grandes edificios. En este tipo de sistema, se utiliza un gas refrigerante para enfriar el aire a medida que este pasa a través de una primera unidad de intercambio de calor (evaporador) y, una vez absorbida energía del aire, el gas refrigerante se pasa a una segunda unidad de intercambio de calor (condensador) en donde se extrae el calor del gas refrigerante. La segunda unidad de intercambio de calor se suministra con agua para efectuar el enfriamiento del gas refrigerante y, una vez absorbida energía, el agua se transfiere generalmente a una tercera unidad de intercambio de calor (torre de enfriamiento) con el fin de enfriar el agua como paso previo a su posterior uso. Si bien este tipo de sistemas se emplea habitualmente en grandes edificios de oficinas, las torres de enfriamiento aportan desafortunadamente un entorno o medioambiente que conduce a la generación y distribución de una bacteria conocida como legionella pneumophilia. La bacteria llega a ser portada por el aire y la posterior inhalación por las personas situadas en proximidad a la torre de enfriamiento puede conducir al desarrollo de una enfermedad conocida comúnmente como Enfermedad del Legionario.

La bacteria fue identificada por primera vez en Philadelphia, USA en julio de 1976 y, desde esa fecha, se ha producido la infección, en forma tanto esporádica como epidérmica, en Australia y otros muchos países de ultramar. Las investigaciones epidemiológicas han fracasado en general a la hora de identificar la fuente de infección precisa; sin embargo, las torres de enfriamiento y los sistemas de distribución de agua se consideran generalmente como la fuente más probable. La Enfermedad del Legionario se manifiesta habitualmente por sí misma como una neumonía severa, presentando los pacientes síntomas iniciales de malestar, dolores musculares, dolor de cabeza y fiebre. Los pacientes llegan a presentar cada vez más cortes de respiración y los síntomas respiratorios progresan hasta una neumonía, culminando frecuentemente en un fallo respiratorio. El desarrollo de la Enfermedad del Legionario está asociado normalmente con confusión mental y delirio, vómitos y fallo renal. La enfermedad presenta generalmente un periodo de incubación de 2 a 10 días y aunque la tasa de mortalidad de la Enfermedad del Legionario confirmada en Australia ha descendido en los últimos 6 años, todavía ocurren muertes. La Enfermedad del Legionario fue proclamada una Enfermedad Notificable en Australia en 1979 y todos los casos deben ser notificados por profesionales de sanidad al Departamento de Salud relevante tras la detección.

Una vez reconocida la propensidad de las torres de enfriamiento a generar y distribuir la bacteria legionella pneumophilia se han tomado varias medidas para reducir al mínimo la posibilidad de que una torre pueda formar y distribuir la bacteria. En particular, con el fin de reducir el crecimiento microbiano, se ha propuesto con frecuencia el tratamiento del agua de la torre de enfriamiento con inhibidores de la corrosión, surfactantes, biocidas y otros productos químicos.

En general, se recomienda un biocida de amplio espectro para el proceso de tratamiento del agua con el fin de reducir la carga microbiana total en el agua de la torre de enfriamiento. Sin embargo, en el entorno dinámico de un sistema de torre de enfriamiento, el comportamiento de los productos químicos es diferente de aquel encontrado en pruebas controladas de laboratorio. Por ejemplo, el agua de la torre de enfriamiento se somete a cambios de temperatura y velocidades de flujo variables en diferentes posiciones del sistema. También pueden variar, en el transcurso del tiempo, muchos otros parámetros incluyendo el nivel de pH, la conductividad, el total de sólidos disueltos, la materia en suspensión y la masa biológica dentro del sistema.

Como resultado, la eficacia del tratamiento del agua con un biocida de amplio espectro no puede ser predeterminada para cualquier entorno particular y, por tanto, se requiere un muestreo sucesivo del agua de la torre de enfriamiento para asegurar que el crecimiento microbiano ha quedado limitado a un nivel aceptable, además de cualquier otro tratamiento químico. A parte del coste de los biocidas, la necesidad de realizar sucesivos muestreos tiene el efecto de incrementar de manera importante el coste de mantenimiento de un sistema de torre de enfriamiento.

También se ha propuesto el uso de ozono y, en ciertos casos, este se ha utilizado con éxito para reducir el crecimiento microbiano. Aunque el ozono es un compuesto químico inestable, constituye un poderoso biocida oxidante y ha de ser producido in situ por medio de un generador de ozono y utilizado inmediatamente para el tratamiento del agua. La desinfección con ozono es relativamente nueva en el control de niveles bacterianos en aguas de torres de enfriamiento y, en general, se reconoce que han de tomarse las debidas precauciones para mantener los generadores de acuerdo con las recomendaciones del fabricante, para asegurar así una eficiencia óptima. Además de la importante inversión de capital requerida para un generador de ozono, sigue existiendo alguna duda en cuanto a la eficacia de este tipo de sistema para prevenir el crecimiento microbiano y la propagación de la Enfermedad del Legionario.

También se ha propuesto el uso de luz ultravioleta para reducir los niveles bacterianos en aguas de torres de enfriamiento. Con estos tipos de sistemas, el agua de la torre de enfriamiento se expone a radiación ultravioleta de una intensidad suficiente para eliminar la bacteria presente en el agua. Es importante asegurar que el agua se expone a un nivel suficiente de intensidad de radiación ultravioleta para que el sistema resulte eficaz. Generalmente se emplean sensores para controlar la intensidad de la radiación ultravioleta y cualquier reducción en la eficacia, detectada por los sensores, aporta normalmente una indicación de la necesidad de efectuar un mantenimiento. La radiación ultravioleta no tiene efectos sobre el pH, olor o composición química del agua de la torre de enfriamiento. Sin embargo, el color, la tibieza y la composición química del agua pueden interferir con la transmisión de radiación ultravioleta y, por tanto, es aconsejable normalmente determinar la absorbencia ultravioleta del agua que ha de ser tratada, con anterioridad a la colocación de la instalación de ultravioletas. Las bacterias pueden ser protegidas por la turbidez, formación de grumos o por la presencia de lodo y, en consecuencia, se recomienda generalmente una filtración adecuada del agua en combinación con los sistemas de radiación ultravioleta.

A pesar de poner en práctica dicho sistema para destruir la bacteria, el daño por ultravioletas en la bacteria se puede revertir de manera importante a través de mecanismos de reparación enzimática tales como aquellos que operan en la oscuridad y tras la posterior exposición a luz brillante (foto-reactivación). Una vez más, la instalación de un sistema de radiación ultravioleta implica un importante gasto de capital y no constituye una opción atractiva dado que la eficacia de tales sistemas está siendo ahora todavía cuestionable.

Se han propuesto otros dispositivos registrados para el tratamiento de sistemas que incluyen agua, en donde se expone el agua tratada a campos electromagnéticos y electrostáticos. Se carece de evidencias científicas concluyentes para demostrar que tales dispositivos registrados tienen algún efecto importante sobre la carga microbiana en el agua tratada. Actualmente se están realizando, para dichos sistemas, pruebas de laboratorio controladas respecto a la supervivencia y crecimiento de las bacterias de legionella.

Si bien los sistemas de filtración ofrecen el método más sencillo disponible para reducir la materia microbiana en agua, en general una planta de filtración a flujo total que retire las partículas finas no es practicable en la mayoría de los sistemas existentes debido a limitaciones de espacio y peso. Además, dichos sistemas de filtración tienen costes asociados tanto de instalación como de funcionamiento que hacen generalmente que esta técnica sea económicamente no factible. En cualquier caso, con cualquier tipo de sistema de filtración, necesariamente existe un coste de mantenimiento progresivo para re-inundar y sustituir los filtros.

Independientemente de los sistemas de tratamiento de agua actualmente utilizados, no se puede evitar el mantenimiento progresivo en forma de muestreo de agua, lo cual aumenta por necesidad el coste de mantenimiento progresivo de la operación de un sistema de enfriamiento que incorpora una torre de enfriamiento.

En consecuencia, un objeto de la presente invención consiste en proporcionar un método de enfriamiento para sistemas que, bajo condiciones de trabajo normales, elimina la posibilidad de que el sistema de enfriamiento genere una bacteria portada en el aire conocida como legionella pneumophilia.

Otro objeto de la invención consiste en proporcionar un método de enfriamiento para sistemas que permite que los sistemas de enfriamiento ahora existentes, que pudieran generar la bacteria portada en el aire conocida como legionella pneumophilia, pueden ser modificados para eliminar cualquier posibilidad del sistema, bajo condiciones de trabajo normales, de generar dicha bacteria portada en el aire.

La US 4182131 describe una instalación de enfriamiento/acondicionamiento de aire con un serpentín de condensación a través del cual se pasa Freon. El serpentín de condensación es enfriado con aire que se pasa a través de un lecho adiabático en donde se enfría a la temperatura del termómetro de bola húmeda.

La DE 4423960 describe un dispositivo para enfriar un líquido que circula en un circuito cerrado de tubería. El dispositivo comprende múltiples toberas para pulverizar el agua en aire el cual se pasa entonces por la tubería.

Cualquier exposición de documentos, leyes, materiales, dispositivos, artículos o similares que se han incluido en la presente descripción, exclusivamente se ha realizado con el fin de aportar un contexto para la presente invención. Todo ello no ha de ser considerado como un reconocimiento de que parte o la totalidad de tales materias forman parte de la base del estado de la técnica o constituyen una materia de conocimiento general en Australia en el campo al que se refiere la presente invención, tal y como existía con anterioridad a la fecha de prioridad de cada una de las reivindicaciones de esta solicitud.

Resumen de la invención

Según un aspecto, la presente invención proporciona un método de enfriamiento de un fluido en una unidad de intercambio de calor para el enfriamiento del fluido, incluyendo el método las etapas de pasar el fluido de enfriamiento de un sistema de enfriamiento a través de un intercambiador de calor primario que tiene un circuito de fluido cerrado en el donde queda contenido el fluido, situar un enfriador de aire aguas arriba del intercambiador de calor primario, y causar un flujo de aire a través de dicho enfriador primario y sobre una porción del circuito de fluido cerrado por medio de un dispositivo ventilador, en donde la unidad de intercambio de calor secundaria presenta una pluralidad de entradas de aire y dicho enfriador de aire incluye un material absorbente de la humedad que, en la práctica, se mantiene húmedo con agua, de manera que el aire es enfriado por la acción de la vaporización, extendiéndose el material absorbente de la humedad por toda la zona de las entradas de aire y transfiriendo vapor de agua al aire obligado a pasar a través del material, caracterizado porque el fluido es agua que permanece en estado líquido durante su paso a través de la unidad de intercambio de calor primaria, y porque el aire enfriado emitido desde el enfriador de aire está sustancialmente libre de agua en estado líquido y el enfriador de aire está separado de la unidad de intercambio de calor primaria en una distancia a lo largo del recorrido del flujo de aire desde el enfriador a la unidad de intercambio de calor primaria, para impedir que el agua, en estado líquido, pase desde el enfriador de aire e incida sobre una superficie de la unidad de intercambio de calor primaria.

Según otro aspecto, la presente invención proporciona un método de conversión de un sistema de enfriamiento que incorpora una primera unidad de intercambio de calor que incluye una unidad de intercambio de calor por enfriamiento de agua, en donde el agua se expone a aire pasado a través de la unidad de intercambio de calor, mediante la sustitución de dicha primera unidad de intercambio de calor por una segunda unidad de intercambio de calor que incluye un intercambiador de calor primario y un enfriador de aire que incluye una pluralidad de entradas de aire y un material absorbente de la unidad que, en la práctica, se mantiene húmedo con agua, de manera que el aire obligado a pasar a través del enfriador de aire se enfría por la acción de la vaporización, extendiéndose el material absorbente de la humedad por toda la zona de las entradas de aire y transfiriendo vapor de agua al aire obligado a pasar a través del material, en donde el agua de la unidad de intercambio de calor primaria queda retenida en estado líquido, y contenida e impedida frente a la exposición al aire obligado a través del enfriador del aire, y en donde el aire enfriado emitido desde el enfriador de aire está sustancialmente libre de agua en estado líquido, y el enfriador de aire está separado de la unidad de intercambio de calor primaria en una distancia a lo largo del recorrido del flujo de aire desde el enfriador a la unidad de intercambio de calor primaria para evitar que el agua en estado líquido pase desde el enfriador de aire e incida sobre una superficie de la unidad de intercambio de calor primaria, incluyendo el método las etapas de desconectar la conexión de entrada y salida de agua de enfriamiento de la primera unidad de intercambio de calor, volver a conectar la entrada y salida de agua en los correspondientes puntos de conexión de la segunda unidad de intercambio de calor, y poner en funcionamiento el sistema de enfriamiento.

También se describe una unidad de intercambio de calor por enfriamiento de fluido que incluye una unidad de intercambio de calor primera que incluye un circuito cerrado para la circulación de agua, y una unidad de intercambio de calor secundaria, comprendiendo la unidad de intercambio de calor secundaria un enfriador de aire adaptado para aportar aire enfriado por la acción de la evaporación en comunicación con dicha unidad de intercambio de calor primaria al obligar a pasar el aire a través del enfriador de aire con un dispositivo ventilador, teniendo el enfriador de aire una pluralidad de entradas de aire e incluyendo un material absorbente de la humedad que, en la práctica, se mantiene húmedo, extendiéndose el material absorbente de la humedad por toda la zona de las entradas de aire y transfiriendo vapor de humedad al aire obligado a pasar a través del material. El aire enfriado emitido desde el enfriador de aire está sustancialmente libre de fluido en estado líquido y el enfriador de aire y la unidad de intercambio de calor primaria están separados en una distancia a lo largo del recorrido del flujo de aire desde el enfriador a la unidad de intercambio de calor primaria, para reducir la posibilidad de que el fluido en estado líquido pase desde el enfriador de aire e incida sobre la unidad de intercambio de calor primaria.

El circuito cerrado para el fluido de enfriamiento a medida que pasa a través de la unidad de intercambio de calor primaria asegura que el fluido de enfriamiento no quede expuesto a la atmósfera y, en particular, al aire obligado a pasar a través de la unidad de intercambio de calor. Esta separación elimina el riesgo de la generación y distribución de la bacteria legionella. En la práctica, el circuito cerrado forma parte probablemente de un bucle dentro de un sistema de enfriamiento, en donde el fluido de enfriamiento es transportado desde un punto en donde el fluido se emplea para absorber energía térmica y posteriormente transportado a la unidad de intercambio de calor con el fin de que el fluido de enfriamiento libere la energía térmica absorbida.

El agua de enfriamiento pasa preferentemente a través del intercambiador de calor primario por una tubería conductora del calor, tal como una tubería de cobre, pasando el aire arrastrado por la tubería y separando energía térmica del agua que pasa a través de dicha tubería.

El enfriador de aire incluye preferentemente un material absorbente de agua similar al utilizado en aplicaciones de enfriamiento por evaporación y puede incluir fibra de lana o material para lechos de enfriamiento tal como el distribuido por la marca registrada "CELDEK". El material absorbente del agua, humedecido, enfría el aire que pasa a través del material por la acción de evaporación. Este efecto se utiliza generalmente en sistemas de enfriamiento por evaporación y el agua, separada del fluido de enfriamiento, puede ser suministrada al material absorbente de agua empleando un aparato similar al utilizado en los actuales sistemas de enfriamiento por evaporación.

El uso de agua para el enfriador de aire que está separada del agua de enfriamiento pasada a través del intercambiador de calor primario, no presenta riesgo alguno de generar o distribuir la bacteria de legionella, dado que la temperatura del agua del enfriador de aire no sube a una temperatura suficiente para que se presente dicho riesgo.

En general, los lechos de material absorbente de agua se colocarán de un modo sustancialmente vertical sobre las entradas de aire de la unidad de intercambio de calor y el agua se aplicará en una porción superior de los lechos de material absorbente de agua y migrará a través de todo el lecho humedeciendo a este último. En el caso de que el agua se aplique al lecho de material absorbente a una velocidad más rápida que la velocidad de evaporación de la misma, se puede suspender un tanque de retención por debajo de los lechos de material con el fin de recoger el agua que ha caído. Cualquier agua que se recoge en el tanque puede ser utilizada de nuevo mediante su bombeo a la porción superior de los lechos de material para volverla aplicar a los mismos.

En una modalidad particularmente preferida, se utiliza, como parte del enfriador de aire, un lecho de material absorbente de agua que incluye una pluralidad de aberturas estriadas de un tamaño menor de 7 mm. Normalmente, en aplicaciones de enfriamiento por evaporación, se emplea un lecho de material absorbente de agua con una pluralidad de aberturas estriadas de 7 mm. Sin embargo, en esta modalidad, el uso de un lecho con aberturas estriadas de un tamaño menor que el tamaño normalizado de 7 mm, se ha comprobado que aporta un efecto de enfriamiento más eficiente. Esta modalidad particular utiliza también ventiladores de paso variable para pasar aire a través del intercambiador de calor primario y a través de los lechos del enfriador de aire. Como resultado de la mayor eficiencia derivada del uso de un lecho con aberturas estriadas menores de 7 mm, se puede reducir el tamaño total del lecho, consiguiéndose todavía el mismo efecto de enfriamiento que el de un lecho con aberturas estriadas de tamaño normalizado. La reducción del tamaño total de un lecho de un enfriador de aire puede ser importante en instalaciones en donde se requiere una conversión de una disposición de torre de enfriamiento ya existente y existe un espacio físico limitado en el cual poder instalar una nueva unidad de intercambio de calor por fluido de enfriamiento.

En una modalidad particularmente preferida, la unidad de intercambio de calor por fluido de enfriamiento se fabrica en diversas capacidades de intercambio de calor, de manera que un intercambiador de calor, como el descrito, se puede emplear para sustituir una torre de enfriamiento ya existente de una capacidad de intercambio de calor similar.

En toda la presente descripción, la palabra "comprenden" o variaciones tales como "comprende" o "que comprende", ha de ser entendida como implicando la inclusión de un elemento, entero o etapa ya establecidos, o bien grupos de elementos, enteros o etapas, pero sin excluir cualquier otro elemento, entero o etapa o bien grupos de elementos, enteros o etapas.

Breve descripción de los dibujos

Se describirá ahora un ejemplo de la invención con referencia a los dibujos adjuntos, en donde:

La figura 1 es un diagrama esquemático que ilustra los principales componentes de un sistema de enfriamiento convencional que incluye una unidad de intercambio de calor en forma de una torre de enfriamiento.

La figura 2 es un diagrama esquemático que ilustra los principales componentes de un sistema de enfriamiento que incorpora un condensador enfriado por aire.

La figura 3 es un diagrama esquemático que ilustra un sistema de enfriamiento que incorpora un intercambiador de calor.

Las figuras 4A y 4B son una visa lateral y una vista lateral en sección respectivamente de la unidad de intercambio de calor de la figura 3.

Descripción detallada de la invención

Con referencia a la figura 1, se proporciona un diagrama esquemático de un sistema de enfriamiento convencional que incorpora una torre de enfriamiento. Este tipo de sistema es común para grandes edificios que tienen un espacio relativamente grande que ha de ser enfriado y normalmente se disponen de manera que la mayor parte del sistema de enfriamiento está localizado en el sótano del edificio, con una torre de enfriamiento situada en el tejado de dicho edificio.

En la figura 1, el edificio 10 tiene instalado un sistema de enfriamiento que comprende un circuito de gas refrigerante 12 que pasa a través de un condensador 14 y un evaporador 16. El flujo de gas refrigerante a través del circuito 12 es impulsado por un compresor 18 y regulado por la válvula de expansión 20. El aire presente en el edificio 10 se enfría generalmente haciendo pasar el aire a través de un conducto en donde una porción del circuito de agua enfriada 22 efectúa el enfriamiento del aire.

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El gas refrigerante se pasa a través del condensador 14 con el fin de enfriar el gas refrigerante. En general, en edificios grandes, el gas refrigerante se enfría mediante el uso de agua. Después de absorber energía térmica del gas refrigerante en el condensador 14, el agua se transfiere a una torre de enfriamiento 26 por medio de una bomba 24. Como se ha descrito anteriormente, es usual que las torres de enfriamiento se sitúen sobre el tejado del edificio 10 dado que las torres de enfriamiento son normalmente grandes y emiten una cantidad importante de ruido durante su funcionamiento.

El agua caliente procedente del condensador 14 se desplaza por la tubería 28 hacia la entrada de agua de la torre de enfriamiento 26. La torre de enfriamiento 26 extrae entonces energía térmica del agua y el agua fría se extrae de la torre de enfriamiento 26 a través de la tubería 30.

Las torres de enfriamiento efectúan generalmente la separación de calor del agua de enfriamiento mediante el uso de aire que fluye a través de la torre de enfriamiento para efectuar la evaporación de una parte del agua. Para evaporar parte del agua, causando así que el agua se traslade desde un estado líquido a un estado gaseoso, se requiere energía térmica y esta se extrae del agua restante que continúa permaneciendo en estado líquido. Por tanto, a medida que se extrae energía térmica, la temperatura del agua en la torre desciende.

La forma más comúnmente usada de torre de enfriamiento utiliza contra-flujo de tiro inducido, en donde el aire es pasado a través de la torre mediante un ventilador situado en la descarga de la torre de enfriamiento. El aire entra en la torre a través de persianas y pasa verticalmente a través de la torre en una dirección opuesta al flujo de agua de enfriamiento a través de la torre. Otro tipo de torre de enfriamiento tiene un ventilador dispuesto en uno de los lados de la torre con aire forzado o inducido a través de la torre en el modo de flujo transversal a lo largo del agua que está cayendo. En cualquier caso, todos los tipos conocidos de torres de enfriamiento implican la exposición del agua de enfriamiento al aire pasado u obligado a través de la torre y el almacenamiento del agua en una pileta durante un periodo de tiempo antes de pasar el agua enfriada mediante la bomba 24 a través de la tubería 30. Este tipo de disposición es común dado que relativamente resulta económico utilizar un fluido tal como agua para efectuar el intercambio de calor y bombear el agua a un intercambiador de calor instalado en la parte superior del tejado con el fin de enfriar el agua.

La figura 2 ilustra una disposición alternativa de sistema de enfriamiento convencional en donde el sistema comprende un bucle encerrado de gas refrigerante 40 que es comprimido por medio de un compresor 42. El gas refrigerante se pasa a través de un evaporador 46 en donde absorbe energía térmica de un circuito de agua 48. El enfriamiento del aire del edificio 35 se produce de manera similar a la descrita para el sistema de la figura 1. Sin embargo, en contraste con el sistema de la figura 1, el sistema ilustrado en la figura 2 no incluye un condensador enfriado por agua y la disposición de la torre de enfriamiento con el fin de separar energía térmica del gas refrigerante. En su lugar, el gas refrigerante es bombeado desde el sótano del edificio 35 hasta la parte superior del tejado del edificio y pasa a través de un condensador enfriado por aire 45. El condensador enfriado por aire 45 incluye ventiladores accionados eléctricamente (47 y 49) con el fin de pasar el aire a través del condensador enfriado por aire por vía de entradas de aire y expulsar el aire a través de salidas de aire.

En general, el gas refrigerante está contenido en una tubería conductora del calor que está configurada en un recorrido tortuoso que reside dentro de una región del condensador enfriado por aire 45 y que se somete al flujo de aire.

El tipo de sistema de enfriamiento ilustrado en la figura 2 se emplea normalmente en instalaciones en donde la distancia entre la habitación de la planta y el condensador enfriado por aire es suficientemente corta para poder hacerlo. Si la distancia es demasiado larga para que resulte posible transferir el gas, ha de utilizarse entonces una disposición alternativa. En la mayoría de los casos en donde la unidad de intercambio de calor está dispuesta en la parte superior del tejado de un edificio, la distancia desde la habitación de la planta a la unidad de intercambio de calor es suficientemente larga para que este tipo de sistema no resulte factible.

La figura 3 ilustra un sistema de enfriamiento para un edificio 50 que incluye un circuito encerrado de gas refrigerante 52 que se pasa a través de un condensador 54 y un evaporador 56 mediante un compresor 58. El flujo de gas a través del circuito encerrado 52 es controlado por una válvula de expansión 60. El evaporador incluye un circuito de agua encerrado 62 del cual se separa energía térmica con el fin de poder utilizar el circuito de agua encerrado 62 para efectuar el enfriamiento del aire del edificio 50 de un modo similar al descrito anteriormente (véase la figura 1). Como en el sistema ilustrado en la figura 1, el condensador 54 funciona como un intercambiador de calor para extraer energía térmica del bucle encerrado de gas refrigerante 52.

La separación de energía térmica del bucle encerrado de gas refrigerante 52 en el condensador 54, se efectúa mediante el uso de otro fluido, normalmente agua, que es pasado al interior del condensador 54 a través de la tubería 66 y extraído del condensador 54 a través de la tubería 68. El agua de enfriamiento se dirige al interior del condensador 54 y pasa a través del mismo bajo el control de la bomba 70. El agua emitida por el condensador 54 es transportada por la tubería 68 a la parte superior del tejado del edificio 50 en donde entra en un intercambiador de calor 75 instalado en el tejado.

El intercambiador de calor 75 incluye ventiladores accionados eléctricamente (77 y 79) que funcionan para pasar aire a través de los mismos. La tubería 68 es generalmente conductora del calor y está formada según un recorrido tortuoso en donde la porción formada en un recorrido tortuoso está dispuesta en una región que quedará expuesta al flujo de aire a medida que el aire pasa a través del intercambiador de calor 75. A lo largo de la porción de la tubería que está formada en un recorrido tortuoso, se pueden conectar extensiones conductoras del calor en la tubería 68 con el fin de mejorar la eficiencia de separación de energía térmica del agua de la tubería 68, a medida que pasa el aire sobre la tubería 68 y extensiones conductoras del calor. Normalmente, las extensiones conductoras del calor comprenden aletas térmicas formadas a partir de un material conductor del calor adecuado. Una vez que pasa a través de la porción de la tubería formada en un recorrido tortuoso, el agua se extrae entonces del intercambiador de calor 75 dispuesto en el tejado por medio de la tubería 60 y una vez más es bombeada al interior del condensador 54 mediante la acción de la bomba 70.

Además de pasar agua de enfriamiento a través de una porción de la tubería expuesta al flujo de aire forzado, el intercambiador de calor 75 dispuesto en el tejado incluye también material absorbente de agua, humedecido, suspendido sobre las entradas de aire de los intercambiadores de calor 75, de manera que el aire que pasa a través del material absorbente de agua humedecido se enfría por la acción de la evaporación antes de que el aire pase sobre la porción de tubería 68 formada en un recorrido tortuoso. Como resultado de enfriar el aire antes de que pase sobre la tubería que porta agua emitida desde el condensador 54, se aumenta de manera importante la efectividad de la separación de energía térmica de dicho fluido.

En las figuras 4A y 4B se proporcionan, respectivamente, una vista lateral y una vista en sección del intercambiador de calor 75.

Con referencia a la figura 4B, el intercambiador de calor 75 incluye ventiladores accionados eléctricamente (77 y 79) dispuestos para pasar aire a través del intercambiador de calor 75. Las paredes laterales del intercambiador de calor (82 y 84) comprenden una tubería conductora del calor formada en un recorrido tortuoso que transporta agua desde el condensador 54, residiendo la tubería en una región expuesta al flujo de aire a través del intercambiador de calor 75. La tubería conductora del calor está enrollada a través de un recorrido tortuoso para extenderse sustancialmente por toda la región expuesta al flujo de aire y, en la vista en sección de la figura 4B, la tubería se extiende de modo sustancialmente perpendicular hacia y desde el plano del diagrama.

En la modalidad del intercambiador de calor 75 como se detalla en la figura 4B, las paredes laterales 82 y 84 forman de un modo eficaz dos bancos de los intercambiadores de calor, actuando cada uno de ellos para separar energía térmica del agua que pasa a través de los mismos. A este respecto, el agua entra en los bancos de intercambio de calor 82 y 84 a través de entradas 68 y 68a y, tras pasar a través de los respectivos bancos de intercambio de calor, salen de los mismos a través de las correspondientes salidas 66 y 66a. El agua entra en los bancos de intercambio de calor 82 y 84 a través de las entradas 68 y 68a en estado "caliente" y una vez extraída su energía térmica, el agua sale de los bancos de intercambio de calor 82 y 84 a través de las salidas 66 y 66a en estado "frío". Como es lógico, las entradas 68 y 68a pueden estar conectadas mediante un colector común. De manera similar, la salidas 66 y 66a pueden estar conectadas a un colector común.

A pesar de que la energía térmica se extraerá del agua que pasa a través de los bancos de intercambio de calor 82 y 84 exclusivamente por la acción del aire que pasa a través de tales bancos de intercambio de calor, la eficiencia de la extracción de energía térmica del agua que pasa a través de la unidad de intercambios de calor se mejora de manera importante por el hecho de suspender material absorbente de agua, humedecido, sobre las entradas de aire del intercambiador de calor 75.

Con referencia a la figura 4B, los lechos de material absorbente de agua 85 y 87 están suspendidos sobre las entradas de aire del intercambiador de calor 75, de manera que el aire que pasa por los bancos de intercambio de calor 82 y 84 es obligado a pasar en primer lugar a través de los lechos de material absorbente de agua 85 y 87.

En una modalidad preferida, los lechos de material absorbente de agua 85 y 87 comprenden material distribuido con la marca registrada "Celdek" y dichos lechos 85 y 87 son humedecidos continuamente por la aplicación de agua a la parte superior de cada uno de los lechos 85 y 87 en las entradas 90 y 92. El agua aplicada en las entradas 90 y 92 gotea puntualmente hacia abajo a través de los lechos de material absorbente de agua 85 y 87, mojando sustancialmente todo el lecho de material. En el caso de que los lechos de material 85 y 87 no absorban totalmente el agua aplicada a las entradas 90 y 92, el goteo procedente del fondo de cada lecho se puede recoger en un tanque (no mostrado aquí) para poder ser retornado a las entradas de agua 90 y 92 por medio de una bomba (tampoco mostrada).

El aire pasado a través de los lechos de material 85 y 87 es enfriado por la acción de la evaporación y el paso de este aire enfriado sobre los bancos de intercambio de calor 82 y 84 actúa para aumentar de manera importante la eficiencia de la extracción de energía térmica del agua que pasa a través de dichos bancos de intercambio de calor.

En una modalidad particularmente preferida, se emplea, como parte del enfriador de aire, un lecho de material absorbente de agua que comprende una pluralidad de aberturas estriadas de un tamaño menor de 7 mm de diámetro. Además, en esta modalidad, se emplean ventiladores de paso variable para pasar el aire a través del intercambiador de calor primario y lechos del enfriador de aire. El uso de un lecho de material absorbente de agua con aberturas de un diámetro menor que el diámetro normalizado, se traduce en un efecto de enfriamiento del aire más eficiente y, por tanto, se puede reducir el tamaño global del lecho de material absorbente de agua, proporcionando todavía al mismo tiempo un efecto de enfriamiento similar al de un lecho con aberturas más grandes. La reducción del tamaño global del lecho puede ser crítica para instalaciones en donde la unidad de intercambio de calor debe adaptarse a limitaciones de espacio físico. En estos casos, un menor tamaño global del lecho puede dar lugar a que una unidad de intercambio de calor como la aquí descrita constituya una opción factible para esa instalación particular.

La presente invención incorpora muchas ventajas, la más importante de las cuales es que permite la sustitución de las unidades de intercambio de calor con torre de enfriamiento ahora existentes, sin presentar el riesgo de generar y distribuir bacteria de legionella portada en el aire. A este respecto, si bien se han propuesto muchas técnicas para solucionar los inconvenientes de las torres de enfriamiento y su susceptibilidad a generar y distribuir la bacteria de legionella, la mayoría de estas técnicas implican un incremento sustancial en el coste de mantenimiento progresivo del sistema de enfriamiento.

En contraste con la mayoría de las propuestas anteriores, la presente invención mantiene el fluido de enfriamiento en un circuito totalmente encerrado, de tal modo que el fluido de enfriamiento no queda expuesto al medio ambiente. Por tanto, se elimina por completo la posibilidad de que el fluido de enfriamiento distribuya la bacteria de legionella al medio ambiente en un sistema de acuerdo con la presente invención y bajo las condiciones de trabajo normales.

Por otro lado, la disposición según la presente invención se presta por sí misma de un modo particularmente adecuado a la sustitución de las disposiciones de torres de enfriamiento ahora existentes al mantener el uso de un condensador en el sótano de un edificio y el bombeo de fluido de enfriamiento a un intercambiador de calor situado en el tejado de dicho edificio. En particular, la conversión de una disposición de sistema de enfriamiento ahora existente, que incorpora una torre de enfriamiento, en un sistema de acuerdo con la presente invención se consigue de una manera relativamente sencilla mediante la desconexión de los conductos de entrada y salida de agua de la torre de enfriamiento existente, retirada de la torre de enfriamiento y sustitución de la misma por un intercambiador de calor de acuerdo con la presente invención y reconexión de los conductos de fluido.

Los expertos en la materia podrán apreciar que pueden llevarse a cabo numerosas variaciones y/o modificaciones en las modalidades descritas aquí de manera específica. En consecuencia, las presentes modalidades han de ser consideradas en todos los aspectos como únicamente ilustrativas.

Claims (2)

1. Un método de enfriamiento de un fluido en una unidad de intercambio de calor para el enfriamiento del fluido, incluyendo el método las etapas de pasar el fluido de enfriamiento de un sistema de enfriamiento a través de un intercambiador de calor primario (75) que tiene un circuito de fluido cerrado en donde queda está contenido el fluido, situar un enfriador de aire (85, 87) aguas arriba del intercambiador de calor primario, y causar un flujo de aire a través de dicho enfriador primario y sobre una porción del circuito de fluido cerrado por medio de un dispositivo ventilador (77, 79), en donde la unidad de intercambio de calor secundaria (85, 87) presenta una pluralidad de entradas de aire y dicho enfriador de aire (85, 87) incluye un material absorbente de la humedad que, en la práctica, se mantiene húmedo con agua, de manera que el aire es enfriado por la acción de la vaporización, extendiéndose el material absorbente de la humedad por toda la zona de las entradas de aire y transfiriendo vapor de agua al aire obligado a pasar a través del material, caracterizado porque el fluido es agua que permanece en estado líquido durante su paso a través de la unidad de intercambio de calor primaria, y porque el aire enfriado emitido desde el enfriador de aire está sustancialmente libre de agua en estado líquido y el enfriador de aire (85, 87) está separado de la unidad de intercambio de calor primaria (75) en una distancia a lo largo del recorrido del flujo de aire desde el enfriador a la unidad de intercambio de calor primaria, para impedir que el agua, en estado líquido, pase desde el enfriador de aire e incida sobre una superficie de la unidad de intercambio de calor primaria (75).

2. Un método de conversión de un sistema de enfriamiento que incorpora una primera unidad de intercambio de calor que incluye una unidad de intercambio de calor por enfriamiento de agua, en donde el agua se expone a aire pasado a través de la unidad de intercambio de calor, mediante la sustitución de dicha primera unidad de intercambio de calor por una segunda unidad de intercambio de calor que incluye un intercambiador de calor primario (75) y un enfriador de aire (85, 87) que incluye una pluralidad de entradas de aire y un material absorbente de la unidad que, en la práctica, se mantiene húmedo con agua, de manera que el aire obligado a pasar a través del enfriador de aire se enfría por la acción de la vaporización, extendiéndose el material absorbente de la humedad por toda la zona de las entradas de aire y transfiriendo vapor de agua al aire obligado a pasar a través del material, en donde el agua de la unidad de intercambio de calor primaria (75) queda retenida en estado líquido, y contenida e impedida frente a la exposición al aire obligado a través del enfriador del aire, y en donde el aire enfriado emitido desde el enfriador de aire está sustancialmente libre de agua en estado líquido, y el enfriador de aire (85, 87) está separado de la unidad de intercambio de calor primaria (75) en una distancia a lo largo del recorrido del flujo de aire desde el enfriador a la unidad de intercambio de calor primaria para evitar que el agua en estado líquido pase desde el enfriador de aire e incida sobre una superficie de la unidad de intercambio de calor primaria (75), incluyendo el método las etapas de desconectar la conexión de entrada y salida de agua de enfriamiento de la primera unidad de intercambio de calor, volver a conectar la entrada y salida de agua en los correspondientes puntos de conexión de la segunda unidad de intercambio de calor, y poner en funcionamiento el sistema de enfriamiento.