MX2013013721A - Dispositivo modular de transferencia termica de fluido. - Google Patents
Dispositivo modular de transferencia termica de fluido.Info
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Abstract
Un panel modular térmico puede incluir un intercambiador de calor que tiene conectadas placas superior e inferior con canales formados entre estas para recibir un fluido de intercambio de calor. Una baldosa arquitectónica (por ejemplo, un adoquín, piedra, baldosa acústica, o cualquier otro elemento arquitectónico) puede descansar sobre la parte superior del panel modular térmico, mientras que un panel aislante se posiciona debajo del panel modular térmico. El intercambiador de calor puede transferir calor entre la baldosa arquitectónica y el fluido de intercambio de calor ya sea para enfriar o calentar el panel arquitectónico. Las implementaciones adicionales incluyen sistemas de transferencia de calor tales como paneles modulares térmicos, y métodos para recolectar y utilizar energía térmica utilizando tales paneles modulares térmicos.
Description
DISPOSITIVO MODULAR DE TRANSFERENCIA TÉRMICA DE FLUIDO
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a aparatos, sistemas, y métodos para la transferencia de energía térmica. Más particularmente, las implementaciones de la presente invención se refieren a aparatos, sistemas, y métodos para la transferencia de energía térmica entre un objeto y un fluido contenido y transitado dentro de un intercambiador de calor. Más específicamente, una o más implementaciones de la presente invención se refieren a unos paneles modulares de intercambio de- calor que pueden ser fácilmente conectados y desconectados con otros paneles modulares de intercambio de calor para formar un arreglo de panel modular de intercambio de calor. Los paneles modulares de intercambio de calor de una o más implementaciones pueden transferir el calor solar generado sobre una superficie plana, tal como un patio de azotea, para calentar el agua de uso doméstico o una piscina, mientras que concurrentemente, se enfría la superficie plana. Todavía adicionalmente, los paneles modulares de intercambio de calor de una o más implementaciones pueden transferir calor a la superficie (por ejemplo, patio) con el propósito de derretir la nieve y el hielo en la superficie.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La transferencia de energía térmica entre los objetos de masa térmica, tales como concreto o piedra, y fluido dentro de los tubos es un método convencional de calentamiento radiante, recolección de calor solar, y/o enfriamiento de masa térmica. Típicamente, los sistemas de transferencia térmica convencionales incluyen alguna forma o tipo de tubería redonda para contener y hacer circular el fluido. Un tipo común de tubería en uso se conoce actualmente como polietileno reticulado o PEX. Los sistemas de transferencia térmica convencionales a menudo incluyen tubería PEX incrustada en una losa de concreto o fijada debajo de un piso. Estos sistemas de transferencia térmica convencionales circulan el fluido a través de los tubos para causar la transferencia térmica entre el fluido y los tubos, y, posteriormente, los tubos y la masa adyacente.
Desafortúnadamente, tales sistemas de transferencia térmica convencionales incluyen típicamente una o más limitaciones. Por ejemplo, los sistemas de transferencia térmica convencionales típicamente son no compatibles con, y por lo tanto no se pueden unir directamente a, unidades de losa o adoquín preformadas, tales como unidades de losa y adoquín elevadas en pedestales. Además, los sistemas de transferencia térmica convencionales a menudo requieren una masa monolítica continua para contener los tubos y son difíciles de reparar. Los sistemas de transferencia térmica convencionales también a menudo no permiten el desmontaje,
remontaje, u otro rearreglo de una configuración inicial.
Además, los sistemas de transferencia térmica convencionales típicamente tienen límites de manufactura de tubería extruida continua que tiene una superficie interior que es lisa y lineal. Tal tubería causa que el fluido fluya linealmente a través de los tubos redondos lisos. Tal flujo lineal puede conducir a la ineficiencia en la transferencia de energía térmica entre el fluido y la superficie del tubo debido a una capa límite que se crea por el fluido que fluye linealmente .
Adicionalmente, los tramos largos continuos de tubería pueden expandirse y contraerse causando ruidos de tic tac y clic dentro del sistema. Además, en el deterioro de la losa de concreto que encierra la tubería, los sistemas de transferencia térmica convencionales requieren el reemplazo de la losa así como también la tubería debido al daño a la tubería a menudo creado durante la demolición de la losa de concreto. La constante expansión y contracción de la tubería en los sistemas de transferencia térmica convencionales acelera el deterioro de la losa de concreto causando una falla prematura del concreto. A lo largo de las líneas relacionadas, si la tubería está sujeta a la congelación sin el anticongelante apropiado en el fluido, la falla de la tubería puede dar lugar, por lo tanto se necesita la demolición/remplazo de la 1osa de concreto para reparar la tubería .
Además de lo anterior, las limitaciones de conectores de tuberías o tubos actuales pueden agravar la desventaja de los sistemas de transferencia térmica convencionales. Los conectores de tuberías o tubos convencionales incluyen, pero no se limitan a, conectores de tipo a presión que utilizan juntas tóricas, de tipo pegado, y de tipo compresión. Cuando se remueven, los conectores de tipo compresión convencionales a menudo dejan una marca o deformación en la superficie del tubo en el que estuvieron fijados. Estas deformaciones pueden causar fugas cuando el tubo es reconectado. Como tal, los conectores de tipo compresión convencionales son a menudo insatisfactorios para re-utilizaciones y sistemas que requieren la conexión y desconexión de los tubos (tales como sistemas modulares o reconfigurables) .
Los conectores de tipo pegado convencionales a menudo requieren más tiempo para instalar y tienen un potencial para las fugas. Además, cuando los conectores de tipo pegado convencionales tienen fugas, típicamente no pueden ser reemplazados. Los conectores de tipo pegado convencionales también comúnmente no permiten el desmontaje y remontaje. Además de lo anterior, los conectores de tipo pegado convencionales están típicamente limitados al uso con materiales que son adecuados para el pegado.
Los conectores de tipo a presión con junta tórica son más adecuados para conexiones modulares debido a la
capacidad para removerlos y remplazarlos a voluntad, su capacidad de ser flexionados y girados sin fugas, y su capacidad para permitir la expansión y contracción en la unión. No obstante, los conectores de tipo a presión con junta tórica también presentan algunas limitaciones.
Además de lo anterior, los sistemas de transferencia térmica convencionales comúnmente no permiten la anidación con adoquin/losas que se elevan en pedestales. Los sistemas de transferencia térmica convencionales también a menudo no permiten un fácil desmontaje y remontaje sin causar daño a los componentes. Aún adicionalmente los sistemas de transferencia térmica convencionales a menudo utilizan conectores que tienen fugas o de otra manera son defectuosos. Adicionalmente, los sistemas de transferencia térmica convencionales no son prácticos o económicos de manufacturar en forma modular.
En consecuencia, hay una serie de desventajas con los sistemas de transferencia térmica convencionales que pueden ser abordadas.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Las implementaciones de la presente invención resuelven uno o más de los problemas anteriormente mencionados u otros en la técnica con los sistemas, métodos y aparatos que crean muchas nuevas oportunidades para el uso de
la transferencia térmica entre los fluidos y un objeto. En particular, una o más implementaciones incluyen paneles modulares de transferencia térmica con diseños simples, aún eficientes. En una o más implementaciones, los paneles modulares térmicos pueden funcionar como colectores solares invisibles, dispositivos de enfriamiento y calentamiento radiante, o paneles acústicos.
La modularidad de los dispositivos de transferencia térmica permite un número de beneficios. Por ejemplo, la modularidad de los dispositivos de transferencia térmica permite la manufactura de dispositivos para que coincidan con una unidad de adoquín/losa/piedra de tamaño particular. La modularidad también permite que los dispositivos de transferencia térmica sean arreglados con otras unidades de adoquin/losa/piedra creando una transferencia altamente eficiente de la energia térmica entre un fluido y una masa térmica. Además de lo anterior, los dispositivos modulares de transferencia térmica permiten el desmontaje y remontaje de un arreglo de dispositivos modulares de transferencia térmica. La capacidad de desmontar el dispositivo puede permitir reparaciones al sistema, remplazo de adoquín/losas dañadas o rotas, o fácil acceso al área por debajo de una superficie de adoquín. Aún adicionalmente, la modularidad de los dispositivos de transferencia térmica puede permitir que los dispositivos sean removidos y remplazados sin tener que remover un arreglo completo.
Por ejemplo, una implementacion de un panel modular térmico incluye un intercambiador de calor que tiene un primer panel conectado a un segundo panel. El primer panel se configura para lindar con una baldosa arquitectónica. El panel modular térmico también incluye una pluralidad de canales definidos y situados entre el primer panel y el segundo panel. La pluralidad de canales permite que un fluido de intercambio de calor pase entre los primero y segundo paneles y transfiera el calor hacia o desde la baldosa arquitectónica. El panel modular térmico incluye, además, un tubo de entrada que tiene primer y segundo extremos, y un tubo de salida que tiene primer y segundo extremos. El primer extremo del tubo de entrada se acoplad a una entrada de la pluralidad de canales del intercambiador de calor. Además, el primer extremo del tubo de salida se acopla a una salida de la pluralidad de canales. El tubo de entrada y el tubo de salida son curvados en una forma de modo que los segundos extremos de los tubos de entrada y de salida son orientados a un ángulo con la entrada y salida de la pluralidad de canales .
Otra implementacion de un panel modular térmico incluye una unidad de masa térmica, tal como un adoquín, que tiene una superficie superior e inferior.. El panel modular térmico también incluye un intercambiador de calor que tiene conectado paneles superior e inferior con canales formados entre estos para recibir un fluido de intercambio de
calor. El panel superior del intercambiador de calor se acopla a la superficie inferior del adoquín. Adicionalmente, el panel modular térmico incluye un panel aislante acoplado al panel inferior del intercambiador de calor. Los tubos de entrada y de salida se acoplan al intercambiador de calor para alimentar el fluido de intercambio de calor hacia y desde el intercambiador de calor. El tamaño del intercambiador de calor es igual al tamaño de la unidad de masa térmica y los bordes del intercambiador de calor se alinean con los bordes de la unidad de masa térmica. El intercambiador de calor se hace de material térmicamente transmisivo incluyendo uno o más de polímeros, acero inoxidable, aluminio o cobre. La unidad de masa térmica se hace de un material que incluye concreto, cemento, concreto de yeso, yeso, metal o piedra modular o formada en el lugar.
Una implementación de un sistema de transferencia de calor incluye una pluralidad de intercambiadores de calor unidos por rodillos. Cada intercambiador de calor de la pluralidad de intercambiadores de calor unidos por rodillos incluye primer y segundo paneles intermitentemente asegurados conjuntamente para definir una pluralidad de canales entre estos. Cada intercambiador de calor incluye además una entrada y una salida a la pluralidad de canales ubicados cerca del centro de los primero y segundo paneles. El sistema también incluye una pluralidad de baldosas arquitectónicas posicionadas en los primeros paneles de la pluralidad de
intercambiadores de calor para ocultar de la vista la pluralidad de intercambiadores de calor. Adicionalmente, el sistema incluye un fluido de intercambio de calor configurado para circular a través de la pluralidad de canales de la pluralidad de intercambiadores de calor para transferir el calor entre el fluido de intercambio de calor y la pluralidad de baldosas arquitectónicas.
Además de lo anterior, un método para recolectar y utilizar la energía térmica implica posicionar una pluralidad de intercambiadores de calor a través de una superficie e interconectar la pluralidad de intercambiadores de calor conjuntamente. Cada intercambiador de calor de la pluralidad de intercambiadores de calor incluye primer y segundo paneles intermitentemente asegurados conjuntamente para definir una pluralidad de canales entre los mismos. Cada intercambiador de calor también incluye una entrada y una salida a la pluralidad de canales ubicados cerca del centro de los primero y segundo paneles. El método también implica posicionar una pluralidad de baldosas arquitectónicas en los primeros paneles de la pluralidad de intercambiadores de calor para ocultar de la vista la pluralidad de intercambiadores de calor. Además, el método implica hacer circular un fluido de intercambio de calor a través de la pluralidad de canales de la pluralidad de intercambiadores de calor causando que el calor sea transferido entre la pluralidad de baldosas arquitectónicas y el fluido de
intercambio de calor.
Las características y ventajas adicionales de las implementaciones ejemplares de la invención se describirán en la descripción que sigue, y en parte serán obvias a partir de la descripción, o pueden aprenderse por la práctica de tales implementaciones ejemplares. Las características y ventajas de tales implementaciones pueden realizarse y obtenerse por medio de los instrumentos y combinaciones particularmente señalados en las reivindicaciones anexas. Estas y otras características llegarán a ser más completamente evidentes a partir de la siguiente descripción y reivindicaciones anexas, o pueden aprenderse por la práctica de tales implementaciones ejemplares como se describe después.
BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS
Para describir la manera en la cual se pueden obtener las ventajas y características de la invención anteriormente citadas y otras, una descripción más particular de la invención descrita brevemente anteriormente será entregada para referencia a las modalidades específicas de la misma las cuales se ilustran en las figuras anexas. Se debe señalar que las figuras no son dibujadas a escala, y que los elementos de estructura o función similar se representan generalmente por números de referencia similares para propósitos ilustrativos en todas las figuras. Entendiendo que estas figuras representan sólo modalidades típicas de la
invención y por lo tanto no son para ser consideradas como limitantes de su alcance, la invención se describirá y explicará con especificidad y detalle adicionales a través del uso de las figuras acompañantes en las cuales:
La Figura 1 ilustra una vista de paneles térmicos de acuerdo con una o más implementaciones de la presente invención en un patio de azotea de un edificio de gran altura donde el calor del sol es absorbido por los paneles y se utiliza para calentar el agua en la piscina;
La Figura 2 es una vista en perspectiva de la parte inferior de un panel térmico único de acuerdo con una o más ¦implementaciones de la presente invención;
La Figura 3A es una vista en planta inferior de un intercambiador de calor unido por rodillos de acuerdo con una o más implementaciones de la presente invención;
La Figura 3B es una vista en planta inferior de otra implementación de un intercambiador de calor unido por rodillos de acuerdo con una o más implementaciones de la presente invención;
La Figura 3C es una vista en perspectiva inferior de un panel térmico configurado como una baldosa de techo acústica de acuerdo con una o más implementaciones de la presente invención;
La Figura 4A es una vista en perspectiva superior de un arreglo de nueve paneles térmicos montados en pedestales de acuerdo con una o más implementaciones de la
presente invención;
La Figura 4B es una vista en perspectiva inferior del arreglo de nueve paneles térmicos de la Figura 4B;
La Figura 5 es una vista en perspectiva recortada parcial de un conector de junta tórica doble de acuerdo con una o más implementaciones de la presente invención;
La Figura 6 es una vista en perspectiva de un arreglo de cuatro paneles térmicos montados en pedestales de esquina con el conducto de entrada de fluido frío en el lado derecho y el conducto de salida de fluido caliente en el lado izquierdo del arreglo de acuerdo con una o más implementaciones de la presente invención;
La figura 7 es una vista en elevación lateral de un arreglo de paneles montados en pedestales con pestañas de alineación de acuerdo con una o más implementaciones de la presente invención;
La Figura 8 es una vista en perspectiva superior de un anillo de alineación con pestañas de espaciado para cuatro adoquines térmicos de acuerdo con una o más implementaciones de la presente invención;
La Figura 9 ilustra un diagrama de sistema de un sistema de intercambio de calor ejemplar para enfriamiento de espacio de acuerdo con una implementación de la presente invención;
La Figura 10 ilustra un diagrama de sistema de un ejemplo sistema de recolección térmico/PV ejemplar de acuerdo
con una implementación de la presente invención; y
La Figura 11 ilustra un diagrama de flujo de un método ejemplar para recolectar y utilizar energía térmica de acuerdo con una implementación de la presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Una o más implementaciones de la presente invención se dirigen a sistemas, métodos y aparatos que crean muchas nuevas oportunidades para el uso de transferencia térmica entre fluidos y una masa térmica. En particular, una o más implementaciones incluyen paneles modulares de transferencia térmica con diseños simples, aún eficientes. En una o más implementaciones, los' paneles modulares térmicos pueden funcionar como colectores solares invisibles.
Las implementaciones de la presente invención pueden incluir paneles modulares térmicos hechos de material conductor térmico (por ejemplo, aluminio) con canales formados en el interior. Una o más masas térmicas (es decir, una baldosa arquitectónica) pueden cubrir los paneles térmicos. Un fluido de intercambio térmico que circula a través de los canales puede absorber o transferir el calor a las baldosas arquitectónicas.
Los paneles modulares térmicos de la presente invención pueden tener varios usos diferentes. Por ejemplo, es común que los edificios de techo plano, plazas y patios tengan adoquín/losas instaladas en pedestales o en contacto
directo con el suelo. Estos adoquines pueden calentarse mucho y crear islas de calor urbanas y calentar la atmósfera arriba de' los edificios, creando temperaturas mayores en el medio ambiente. Ciertos municipios requieren el uso de "techos fríos" para disminuir la incidencia de islas de calor urbanas .
En una o más modalidades, los paneles modulares térmicos colocados bajo una aplicación de azotea, plaza, o patio pueden recolectar el calor acumulado en el adoquín/losas y transferir la energía térmica en el sistema de agua caliente de uso doméstico del edificio. Por lo tanto, enfriando simultáneamente el patio de azotea, plaza o patio mientras se disminuye el efecto de la isla de calor urbana. En el invierno, los paneles modulares térmicos pueden derretir la nieve acumulada en la superficie del adoquín/losas invirtiendo el proceso de transferencia térmica. En implementaciones adicionales, los paneles modulares térmicos pueden formar parte de un bucle geotérmico para remover el calor excesivo de masas térmicas en climas calientes y para transferir el calor a la masa térmica en climas fríos. Por lo tanto, volviendo así compatible el sistema de adoquín/losa con fuentes de energía alternativas.
Las implementaciones adicionales de la presente invención pueden incluir paneles modulares térmicos integrados con sistema fotovoltaico ("PV") . Los paneles modulares térmicos pueden recolectar energía térmica para
enfriar las celdas fotovoltaicas en el verano. El enfriamiento de las celdas PV puede aumentar la eficiencia de las celdas PV. En invierno, los paneles modulares térmicos pueden derretir la nieve que cubre las celdas PV. Aún otro uso de los paneles modulares térmicos es como fuente de calentamiento o enfriamiento en un piso, pared, o techo. Por ejemplo, un fluido enfriado que corre a través de los paneles modulares térmicos puede enfriar las baldosas arquitectónicas y crear una superficie para 'caminar confortable en climas muy calientes .
Se apreciará a la luz de la descripción en la presente que los paneles modulares térmicos de una o más implementaciones pueden tener diversas aplicaciones útiles diferentes. Con referencia ahora a la Figura 1, una aplicación se describirá en detalle. En particular, la Figura 1 ilustra una pluralidad de paneles modulares térmicos 10 arreglados en hileras y columnas en un patio de azotea de un edificio de gran altura. Los paneles modulares térmicos 10 pueden absorber el calor del sol para calentar un fluido, tal como la piscina mostrada en la Figura 1.
Por lo tanto, los paneles modulares térmicos 10 pueden recolectar la energía térmica solar cuando se colocan en balcones, terrazas, techos inclinados bajos, plazas, aceras, patios, patios de azotea, patios de piscina. La energía recolectada puede calentar el agua de uso doméstico, agua de la piscina, agua almacenada para calentamiento
futuro. La remoción del calor de las baldosas arquitectónicas que cubren los paneles modulares térmicos 10 puede ayudar a enfriar la superficie para hacer un ambiente más confortable y utilizable.
La Figura 2 ilustra una vista inferior de un panel modular térmico 10 de acuerdo con una implementación de la presente invención. Como se muestra en la Figura 2, el panel modular térmico 10 puede comprender un intercambiador de calor 12. Opcionalmente, el panel modular térmico 10 puede comprender un panel aislante (por ejemplo, una lámina de aislamiento) 14 ubicado en la parte inferior del intercambiador de calor 12. En una o más implementaciones , el panel aislante 14 se une al intercambiador de calor 12 por fricción, adhesivo, unión mecánica, sobre moldeo, u otra forma de unión. En implementaciones alternativas, el panel aislante 14, simplemente puede residir bajo el intercambiador de calor 12.
El panel aislante 14 puede comprender uno o más materiales aislantes, tales como, por ejemplo, espuma de polietileno, poliestireno expandido o extruido, icineno, uretano o isocianurato. En una o más implementaciones, el panel aislante 14 puede ser impermeable a la infiltración de agua y la infestación de insectos. El panel aislante también puede proporcionar rigidez al intercambiador de calor 12. El espesor del panel aislante 14 puede variar dependiendo del material y la ubicación de uso del panel modular térmico
10. En cualquier caso, el panel aislante 14 puede prevenir la pérdida o intercambio de calor innecesario desde la parte inferior del intercambiador de calor 12. Por lo tanto, el panel aislante 14 puede ayudar a mantener la energía térmica concentrada entre el intercambiador de calor 12 y una baldosa arquitectónica .
En una o más implementaciones, el panel aislante 14 puede incluir muescas para permitir que un tubo de entrada 18 y un tubo de salida 20 se acoplen directamente al intercambiador de calor 12. El panel aislante 14 también puede incluir esquinas removibles. Por ejemplo, la Figura 2 muestra un panel aislante 14 sin esquinas. Las esquinas removibles pueden exponer las porciones de la parte inferior del intercambiador de calor 12, que a su vez pueden descansar en pedestales, como se describe en mayor detalle a continuación .
El panel modular térmico 10 también puede incluir opcionalmente una interfaz de membrana 22 en la superficie superior del intercambiador de calor 12. La interfaz de membrana 22 puede comprender una lámina o capa de material conductor térmico colocada entre el intercambiador de calor 12 y la baldosa arquitectónica 24. Por ejemplo, la interfaz de membrana 22 puede comprender un material de masilla térmica, es decir una pasta que no se endurece, que tiene excelentes propiedades de transferencia térmica. En implementaciones alternativas, la interfaz de membrana 22
puede comprender asfalto encauchetado . En implementaciones aún adicionales, la interfaz de membrana 22 puede comprender fibras metálicas o lana metálica para formar una capa de absorción acústica mientras se permite la conductancia de calor entre el intercambiador de calor y una baldosa acústica .
La interfaz de membrana 22 puede llenar las aberturas entre la superficie superior del intercambiador de. calor 12 y la baldosa arquitectónica 24 para el propósito de aumentar la eficiencia de transferencia térmica entre el intercambiador de calor 12 y la baldosa arquitectónica 24. Además de lo anterior, la interfaz de membrana 22 también puede aumentar la fricción entre el intercambiador de calor 12 y la baldosa arquitectónica 24. La fricción aumentada puede prevenir o reducir el desplazamiento entre el intercambiador de calor 12 y la baldosa arquitectónica 24 cuando se coloca por debajo de una calzada u otra superficie de alto tráfico. La reducción de desplazamiento entre el intercambiador de calor 12 y la baldosa arquitectónica 24 puede prevenir que la baldosa arquitectónica 24 desgaste el intercambiador de calor 12.
La baldosa arquitectónica 24 puede comprender un adoquín, losa, laja, teja, estuco de pared, ladrillos, piedra natural, una baldosa de techo acústica, etc. La baldosa arquitectónica 24 puede comprender diversos materiales, tales como, por ejemplo, concreto, concreto vertido, concreto
prefabricado, cemento, arena de piedra natural, estuco, vidrio, cerámica, arcilla, metal, piedra triturada, arena, gypcrete, o agregados, etc. Por lo tanto, las baldosas arquitectónicas 24 pueden comprender la superficie exterior de un patio, plataforma, · acera, calzada, techo, pared, cielo raso, piso, u otra superficie. En una o más implementaciones, las baldosas arquitectónicas 24 pueden comprender un adoquín de dos pies por dos pies (60.96 cm por 60.96 era) que tiene un espesor de menos de aproximadamente tres pulgadas (7.62 cm) . En implementaciones alternativas, las baldosas arquitectónicas 24 pueden tener un área o espesor mayor o menor que los mencionados anteriormente.
Con referencia ahora a la Figura 3A, se ilustra una vista inferior del intercambiador de calor 12. El intercambiador de calor 12 puede incluir un primer panel o panel superior 26 y un segundo panel o panel inferior 28. El intercambiador de calor puede incluir además una pluralidad de canales 30 formados entre el panel superior 26 y el panel inferior 28. Los paneles 26, 28 del intercambiador de calor pueden comprender un material térmicamente conductor o transmisivo incluyendo, pero no limitado a, polímeros, acero inoxidable, aluminio, o cobre. Además, el intercambiador de calor 12 puede incluir un revestimiento en polvo para oscurecer los colores del intercambiador de calor 12 o para cambiar la velocidad de intercambio térmico del intercambiador de calor 12.
En una o más implementaciones , el intercambiador de calor 12 puede tener un tamaño y/o forma sustancialmente igual como un baldosa arquitectónica 24 (por ejemplo, adoquín) que se coloca en el intercambiador de calor 12. En implementaciones alternativas, el intercambiador de calor 12 puede ser menor o mayor que las baldosas arquitectónicas 24 (por ejemplo, adoquín) que se colocan en el intercambiador de calor 12. Como se muestra en la Figura 3A, el intercambiador de calor 12 puede tener una forma cuadrada. En implementaciones alternativas, el intercambiador de calor 12 puede tener una forma circular, rectangular, ovalada, u otra forma .
En una o más implementaciones, el intercambiador de calor 12 es un intercambiador de calor unido por rodillos. En tales implementaciones, los primero y segundo paneles 26, 28 pueden definir los canales 30. En particular, el segundo panel 28 puede incluir la forma de los canales 30 estampados o de otro modo formados en este. Las porciones del segundo panel 28 que no se estampan se pueden unir (es decir, unido por rodillo) al primer panel 26. Por ejemplo, como se muestra por la Figura 3A las porciones del segundo panel 28 entre y alrededor de los canales 30 se unen al primer panel 26. Tener canales 30 estampados solamente en el segundo panel o panel posterior 28 puede permitir que el primer panel o panel frontal 26 tenga una superficie lisa y plana en la cual una baldosa arquitectónica 24 puede descansar. En
implementaciones alternativas, el primer panel 26 también puede incluir la forma de los canales 30 estampados o de otro modo formados en el mismo para aumentar la velocidad de flujo de fluido y disminuir la caída de presión a través de la entrada y la salida.
En modalidades aún adicionales, el intercambiador de calor 12 puede comprender un tercer panel. Por ejemplo, la Figura 3C ilustra un intercambiador de calor 12c configurado con una baldosa de techo acústica. El tercer panel 33 puede comprender un panel decorativo para proporcionar el intercambiador de calor 12a con una estética deseable. El tercer panel 33 se puede acoplar a la parte superior del primer panel 26 por engaste, sujetadores, una configuración de lengüeta y ranura, una configuración de ajuste a presión, gravedad, fricción, . un adhesivo, u otro mecanismo de fijación. El intercambiador de calor 12c puede incluir además un material térmicamente conductor 35 entre el primer panel 26 y el tercer panel 33. El material térmicamente conductor 35 puede comprender, por ejemplo, arena, perlas metálicas, o material metálico tejido. El material térmicamente conductor 35 puede ser un material amortiguador de sonido que actúa para absorber el sonido. En implementaciones en las cuales los canales 30 se estampan en el primer panel 26, el tercer panel 33 puede proporcionar una superficie lisa y plana en la cual una baldosa arquitectónica 24 puede descansar o ser unida. Se apreciará que un intercambiador de calor 12c
configurado como un panel de techo puede proporcionar una forma altamente eficiente de calentar y enfriar espacios.
Con referencia de nuevo a la Figura 3A, el intercambiador de calor 12 puede incluir además pestañas 29. Las pestañas 29 se pueden extender a lo largo de cada borde del intercambiador de calor 12. Las pestañas 29 pueden ser perpendiculares a las superficies primarias del intercambiador de calor 12 y pueden tener una anchura para prevenir que el intercambiador de calor 12 se pandee o doble bajo su propio peso. Por lo tanto, las pestañas 29 pueden ayudar a prevenir que el intercambiador de calor 12 rompa el contacto con la parte inferior de una baldosa arquitectónica (por ejemplo, un adoquín) posicionada arriba del intercambiador de calor 12. Además, en una o más implementaciones, las pestañas 29 pueden proporcionar comodidad en la alineación de múltiples intercambiadores de calor 12 conjuntamente y prevenir o reducir los problemas de deformación. Aún adicionalmente, las pestañas 29 pueden tener una configuración curvada o doblada. Alternativamente, las pestañas 29 pueden ser planas.
En una o más implementaciones, las pestañas 29 pueden rodear completamente el intercambiador de calor 12. En implementaciones alternativas, las pestañas 29 son retenidas desde las esquinas del intercambiador de calor 12, como se muestra en la Figura 4. Tener pestañas 29 que se extienden solamente parcialmente alrededor del intercambiador de calor
12 puede permitir la colocación de pedestales o anillos de alineación de esquina directamente contra el plano inferior horizontal del intercambiador de calor 12. Por lo tanto, permitiendo un perfil de menor altura entre el pedestal y el adoquín.
La Figura 3A ilustra además que los canales 30 pueden comprender una entrada 32 y una salida 34. La entrada 32 y la salida 34 pueden tener, cada una, una ubicación separada de los bordes del intercambiador de calor 12. Por ejemplo, la Figura 3A ilustra una implementación en la cual tanto la entrada 32 como la salida 34 se posicionan en el centro del intercambiador de calor 12. Una ubicación central tanto de la entrada 32 como de la salida 34 puede ayudar a asegurar una distribución uniforme de calor y evitar que un lado o borde del intercambiador de calor se caliente o enfríe mucho más rápido que el otro lado o borde. La ubicación central de la entrada 32 y la salida 34 puede proporcionar flexibilidad en la conexión de múltiples intercambiadores de calor 12 conjuntamente.
La entrada 32 y la salida 34 pueden comprender cada una canales principales (es decir, canales de mayor diámetro) que se dividen en una pluralidad de canales fractales 36. El fluido que fluye a través de los canales 30 puede entrar en la entrada 32 hacia el centro del intercambiador de calor 12 fluyendo en una primera dirección. La dirección del fluido luego se puede invertir y dividir por la mitad cuando el
fluido fluye a través de los sub-canales 38. El fluido en cada uno de los sub-canales 38 luego se puede dividir por la mitad una vez de nuevo en canales secundarios 40. Después de pasar a través de los canales secundarios 40, la dirección de flujo del fluido puede invertirse de nuevo y el fluido puede fluir a través de los canales fractales 36 a través del intercambiador de calor 12 en la misma dirección en la cual el fluido entra en la entrada 32. El fluido puede seguir una trayectoria similar, pero opuesta, desde los canales fractales 36 a la salida 34.
Como se muestra en la Figura 3A, en una o más implementaciones, los canales 30 pueden tener un diseño simétrico a través de la mitad del intercambiador de calor 12. En implementaciones alternativas, los canales pueden ser asimétricos. Aún adicionalmente la entrada y/o salida se pueden posicionar cerca de un borde del intercambiador de calor 12. Además, los canales 30 opcionalmente pueden tener una configuración de serpentín (es decir, un canal único que serpentea alrededor del intercambiador de calor 12. Se apreciará que aunque las implementaciones alternativas listadas anteriormente pueden ofrecer algunas ventajas, pueden no ser tan eficaces como la implementación ilustrada en la Figura 3A.
Por lo tanto, se apreciará a la luz de la descripción en la presente que los canales 30 del intercambiador de calor 12 pueden no tener todos el mismo
diámetro. Por ejemplo, los canales principales de la entrada 32 y la salida 34 pueden tener un diámetro mayor que el de los subcanales 38. Los sub-canales 38 a su vez pueden tener un diámetro mayor que los canales secundarios 40 y los canales fractales 36. En una o más implementaciones, el diámetro de los canales principales de la entrada 32 y la salida 34 es dos veces tan grande como el diámetro de los sub-canales 38, que a su vez tienen un diámetro que es dos veces tan grande como los canales fractales 36. En implementaciones alternativas, todos los canales 30 tienen sustancialmente el mismo diámetro.
Los canales 30 (y cualquiera de los tubos unidos a los mismos) 'del intercambiador de calor 12, pueden tener una forma o sección transversal que permitirá un eficiente flujo de fluido a través del intercambiador de calor 12. Por ejemplo, los canales 30 pueden tener, pero no se limitan a, una forma en D, forma medio circular, forma triangular, forma circular o redonda, o una forma semicircular. En al menos una implementación, los canales 30 tienen una forma de sección transversal circular.
La Figura 3A ilustra además que el intercambiador de calor 12 puede incluir además, un tubo de entrada 42 y un tubo de salida 44. El tubo de entrada 42 y el tubo de salida 44 pueden alimentar y tomar fluido de intercambio de calor hacia y desde el intercambiador de calor 12. El fluido de intercambio de calor puede comprender, pero no se limita a,
agua, etilenglicol, u otro fluido adecuado para el propósito de transferir energía térmica dentro o fuera de paneles térmicos adyacentes. Cuando se utiliza metal para la manufactura de los paneles modulares térmicos 10, se puede utilizar un sistema de bucle cerrado para la transferencia de energía térmica hacia o desde un sistema de agua potable. El fluido de intercambio de calor puede tener, pero no se requiere que tenga, propiedades anti-corrosión . Cuando un sistema es susceptible a temperaturas de congelación, el fluido de intercambio de calor puede comprender una solución anticongelante tal como, pero no limitado a glicol.
En al menos una implementación, los tubos de entrada y salida 42, 44 pueden tener cada uno una configuración curvada como se muestra en la Figura 3A. La configuración curvada o doblada puede proporcionar más flexibilidad y aj ustabilidad en la conexión entre las unidades de panel. En al menos una implementación, los tubos de entrada y salida 42, 44 son doblados de tal manera que los extremos opuestos de los tubos de entrada y salida 42, 44 (es decir, los extremos no conectados al intercambiador de calor 12) son orientados a aproximadamente 90 grados con relación a la entrada 32 y la salida 34 del intercambiador de calor 12. En implementaciones alternativas, los tubos de entrada y salida 42, 44 son rectos o flexibles.
La Figura 3B ilustra además otra implementación de un intercambiador de calor 12a similar a aquel de la Figura
3A, no obstante que el intercambiador de calor 12 incluya elementos de soporte elevados 96 que proporcionan soporte para la unidad de masa térmica en áreas donde no hay canales elevados 30 para proporcionar soporte. Estos elementos de soporte elevados 96 pueden tener una superficie superior de elevación igual a la superficie superior de los canales elevados 30. Los elementos de soporte elevados 96 pueden sobresalir en el segundo panel 28. La Figura 3B ilustra además que los subcanales 97 se pueden conectar con canales transversales 98 para crear un efecto de equilibrio entre los canales y para crear un flujo turbulento añadido a la transferencia eficiente de la energía térmica entre el fluido de transferencia térmica y las paredes del canal.
Los tubos de entrada y salida 42, 44 pueden permitir conectar múltiples paneles modulares térmicos 10 conjuntamente. Por ejemplo, las Figuras 4A y 4B ilustran vistas superior e inferior de un arreglo de nueve paneles modulares térmicos 10. Por lo tanto, los paneles modulares térmicos individuales 10 pueden crear hileras de los paneles modulares térmicos 10. Se apreciará que la modularidad (por ejemplo, tamaño, capacidad de conexión) puede permitir arreglos con cualquier número de configuraciones diferentes. Además, las hileras se pueden acoplar a los tubos de suministro y retorno vía un colector, para formar un arreglo. La tubos de suministro y retorno pueden encaminarse y unirse a un objeto, tal como pero no limitado a, un
intercambiador de calor, un calentador de agua, enfriador, bucle geotérmico, panel solar, bucle de circulación de piscina, fuente, caldera, bucle de tubería submarina o bucle de sistema séptico.
Un tubo de salida 44 de un panel modular térmico 10 se acopla a un tubo de entrada 42 de un panel modular térmico adyacente 10. Como se muestra en la Figura 4B, la configuración curvada o doblada de los tubos de entrada y salida 42, 44 puede crear una configuración en forma de "s". Más específicamente, un conector 46 se puede acoplar a los tubos de entrada y salida 42, 44 con untamente.
Como se ilustra en la Figura 5, el conector 46 puede comprender un conector a presión a prueba de fugas. El conector 46 puede comprender juntas tóricas dobles, juntas tóricas únicas, o anillos en forma de D. Adicionalmente, el conector 46 puede incluir opcionalmente un collarín de fijación 48 en cada extremo. Alternativamente, el conector 46 puede comprender un conector de unión, un conector de ajuste por fricción, un conector soldado con estaño, un conector soldado bronce, o un conector soldado. En cualquier caso, en una o más implementaciones , el conector 46 puede permitir el desmontaje de los paneles modulares térmicos 10, sin causar daño a los tubos de entrada y salida 42, 44. Para aplicaciones que requieren una conexión removible flexible, no perjudicial, tal como cuando se utiliza junto con adoquines y pedestales, los conectores 46 pueden comprender
conectores o accesorios a presión hembra a hembra que no restringen el flujo.
En la implementación alternativa, tal como cuando se utiliza con aplicaciones permanentes bien soportadas tales como bajo concreto vertido, o en un sub-suelo, el conector 46 puede comprender otro tipo de conector. Los conectores 46 pueden comprender materiales tales como, pero no limitado a, plástico, latón, acero inoxidable, bronce, cobre, caucho. En al menos una implementación, el conector 46 puede comprender plástico debido a su bajo costo y resistencia a la corrosión. Las juntas tóricas pueden comprender un material adecuado para el intervalo de temperatura propuesto, exposición química y expectativa de vida para cada aplicación. En una o más implementaciones, el conector 46 es una unidad de pieza con un elastómero termoplástico en lugar de una junta tórica para crear un sello impermeable.
Con referencia a la Figura 6, se muestra una vista en perspectiva de un arreglo de cuatro paneles modulares térmicos 10 montados sobre pedestales de esquina 50. El arreglo se conecta a un conducto de entrada de fluido frío 52 en un lado y un conducto de salida de fluido caliente 54 en el otro lado del arreglo. En uso, en clima caliente, una bomba puede enviar fluido de transferencia de calor desde el conducto 52 en un lado del arreglo de paneles térmicos, a través del arreglo de paneles para calentar el fluido y enfriar la superficie del adoquín. El fluido luego puede
fluir al conducto 54 en el otro lado del arreglo de paneles térmicos. El fluido caliente en el conducto 54 luego puede fluir a un intercambiador de calor para calentar el agua en una piscina. Por lo tanto, la superficie de las baldosas arquitectónicas (por ejemplo, adoquines) se mantiene fresca y confortable para caminar mientras que, al mismo tiempo, la energía solar está siendo utilizada para calentar el agua en una piscina. Este proceso puede enfriar una piscina en climas calientes en la tarde transfiriendo el calor desde el agua de la piscina a la superficie fría del adoquín. En el período de invierno el flujo de fluido a través de los paneles térmicos puede invertirse donde el fluido templado o caliente, tal como un fluido de transferencia de calor anticongelante que se calienta a partir de un sistema geotérmico, se bombea a través de los paneles térmicos para derretir la nieve o hielo en la superficie de los paneles calentando los paneles térmicos .
La Figura 7 ilustra una vista en elevación lateral de un arreglo de paneles modulares térmicos 10 unidos a pedestales 50. En implementaciones alternativas, los paneles modulares térmicos 10 se pueden fijar sobre un lecho de arena u otra superficie. Los pedestales 50 pueden descansar sobre una base de soporte de concreto, arena, polvo de cantera, etc. Como se representa, los pedestales de altura ajustable 50 soportan el intercambiador de calor 12 y baldosa arquitectónica 24 y proporcionan suficiente espacio entre el
suelo para las tuberías. Mediante el ajuste de la altura de los pedestales 50, la presente invención se puede aplicar a un terreno irregular o inclinado. Cada intercambiador de calor 12 se acopla y está adyacente a otro intercambiador de calor vía los conectores.
Como se muestra en la Figura 7, los pedestales 50 pueden incluir opcionalmente un anillo de alineación de esquina 54. Utilizando pestañas ahusadas verticales 56, el anillo de alineación de esquina 54 puede alinear hasta cuatro esquinas de los paneles modulares térmicos 10 para formar un arreglo. Por ejemplo, la Figura 8 ilustra una vista superior de una implementación de un anillo de alineación de esquina 54. Como se muestra en la Figura 8, el anillo de alineación de esquina 54 puede incluir lengüetas ahusadas verticales 56 que proporcionan alineación apropiada de los paneles modulares térmicos 10 o baldosas arquitectónicas 24. El anillo de alineación de esquina 54 puede comprender cualquier número de materiales adecuados incluyendo, pero no limitado a, polímeros, acero inoxidable, cobre, aluminio, o caucho. El anillo de alineación de esquina 54 puede incluir además agujeros de desagüe para que el agua se drene. Además de lo anterior, el anillo de alineación de esquina 54 puede incluir ranuras moldeadas en la placa horizontal para permitir el fácil corte de los pedestales en mitades o cuartos.
El anillo de alineación de esquina 54 puede proporcionar pestañas verticales ahusadas 56 en la superficie
superior para proporcionar el espaciado apropiado entre múltiples paneles térmicos. El anillo de alineación de esquina 54 también puede proporcionar un soporte sólido para las esquinas de los paneles modulares térmicos 10. Además, el anillo de alineación de esquina 54 puede sentarse y alinearse con los soportes de pedestal más comúnmente utilizados. En particular, el anillo de alineación de esquina 54 también puede incluir una protuberancia central con un agujero preformado 58 para recibir un sujetador que permite que el anillo de alineación de esquina 54 sea fijado mecánicamente a un pedestal 50 o sustrato.
Como se mencionó anteriormente, los paneles modulares térmicos 10 de la presente invención pueden formar parte de un sistema de intercambio de calor para el enfriamiento de espacios. Por ejemplo, la Figura 9 ilustra un diagrama esquemático de una implementación de un sistema de intercambio de calor 100. Como se muestra, el sistema de intercambio de calor 100 puede incluir un colector solar PV 101, una primera bomba 102, una segunda bomba 103, un intercambiador de calor secundario 104, un tanque de almacenamiento 105, y paneles modulares térmicos 106. El colector solar PV 701 puede suministrar energía a las primera y segunda bombas 102, 103.
La primera bomba 102 puede bombear un fluido intercambiador de calor a través de los paneles modulares térmicos 106. El fluido intercambiador de calor puede
absorber el calor de baldosas arquitectónicas colocadas en los paneles modulares térmicos 106. El fluido de intercambio de calor luego puede intercambiar la energía térmica con otro fluido en el intercambiador de calor secundario 104.
La segunda bomba 103 puede bombear un fluido desde el tanque de almacenamiento 105 al intercambiador de calor secundario 104. En el intercambiador de calor secundario 104 el fluido puede absorber la energía térmica del fluido de intercambio de calor. Por lo tanto, en esencia, los paneles modulares térmicos 106 pueden calentar el agua (u otro fluido) en el tanque de almacenamiento 105. El calor almacenado en el tanque de almacenamiento 105 puede ser utilizado más tarde para ahorrar energía.
En implementaciones alternativas, un calentador u otra fuente de calor puede reemplazar el tanque de almacenamiento 105 para permitir el calentamiento radiante de espacio. Por ejemplo, el calentador puede ser un calentador eléctrico, sistema de agua caliente solar, un serpentín llenado con fluido de intercambio de calor bajo tierra utilizando el calor terrestre, o tanque de almacenamiento. En tales implementaciones, el fluido circulado por la segunda bomba 103 puede transferir la energía térmica al fluido intercambiador de calor en el intercambiador de calor secundario 104. El fluido intercambiador de calor caliente luego puede proporcionar calor a las baldosas arquitectónicas colocadas en los paneles modulares térmicos 106 para derretir
la nieve "o prevenir la acumulación de hielo. El fluido de intercambio caliente también se puede utilizar para calentar baldosas de techo acústicas para el calentamiento radiante interior .
La Figura 10 ilustra un diagrama de sistema de una implementación de un sistema de recolección térmico/PV. El sistema de recolección térmico/PV 200 puede incluir un suministro de energía 201, una primera bomba 209, una segunda bomba 208, un controlador 203, un primer sensor térmico 210, un segundo sensor térmico 202, una válvula 204, una fuente de calor 206, un tanque de almacenamiento 205, un intercambiador de calor secundario 207, y un arreglo térmico/PV de combinación 211. El arreglo térmico/PV de combinación 211 puede incluir una serie de celdas PV con. múltiples paneles modulares térmicos unidos al lado posterior. El arreglo térmico/PV de combinación 211 puede ser el suministro de energía primario de la bomba 209 y bomba 208. Un intervalo de temperatura objetivo se puede preestablecer.
En el caso de la recolección de la energía térmica del arreglo de panel térmico/PV de combinación, el controlador 203 puede conmutar la válvula 204 al tanque de almacenamiento 205 y mide el diferencial de temperatura con base en el sensor térmico 202 y sensor térmico 210. Cuando la temperatura cae dentro del intervalo de temperatura objetivo, el controlador 203 puede encender la bomba 208 y bomba 209 de manera que las celdas PV se pueden enfriar en verano y los
paneles modulares térmicos pueden recolectar la energía térmica.
Para el propósito de calentar las celdas PV para derretir la nieve en invierno, el controlador 203 puede conmutar la válvula 204 a la fuente de calor 206. En el caso de que la bomba 209 y bomba 208 no puedan ser capaces de recibir suficiente energía debido a la energía eléctrica porqué las celdas PV son cubiertas por la nieve, el suministro de energía 201 puede proporcionar energía de respaldo. El controlador 203 también mide el diferencial de temperatura con base en el sensor térmico 202 y sensor térmico 210. Cuando la temperatura cae dentro del intervalo de temperatura objetivo, el controlador 203 puede encender la bomba 208 y bomba 209 de manera que las celdas PV se pueden calentar para remover la nieve en invierno.
En consecuencia, las Figuras 1-10, el texto correspondiente, proporcionan un número de diferentes componentes y mecanismos para recolectar y transferir energía térmica en una manera eficiente, estéticamente agradable. Además de lo anterior, las implementaciones de la presente invención también se pueden describir en términos de diagramas de flujo que comprenden acciones y etapas en un método para lograr un resultado particular. Por ejemplo, la Figura 11 ilustra un diagrama de flujo de un método ejemplar para recolectar . y utilizar energía térmica utilizando los principios de la presente invención. Las acciones de la
Figura 11 se describen a continuación con referencia a los componentes y diagramas de las Figuras 1 hasta 10.
Por ejemplo, la Figura 11 muestra que un método 300 para recolectar y utilizar energía térmica implica una acción 301 para posicionar una pluralidad de intercambiadores de calor 12. La acción 301 puede implicar colocar una pluralidad de pedestales 50 sobre una superficie. La acción 301 puede implicar identificar un patrón de diseño para múltiples paneles. El patrón de diseño puede ser impreso sobre los múltiples paneles y puede ser cualquier patrón de tipo incluyendo patrones fractales y patrones en espiral. La acción 301 opcionalmente puede implicar además colocar un anillo de alineación 54 en cada pedestal 50. La acción 301 puede implicar además ajustar la altura de uno o más de los pedestales 50 y colocar las esquinas de los intercambiadores de calor 12 en la parte superior de los pedestales 50 usando los anillos de alineación 54. Alternativamente, la acción 301 puede implicar colocar el intercambiador de calor 12 en la arena u otra superficie.
El método 300 puede implicar además una acción 302 para conectar la pluralidad de intercambiadores de calor conjuntamente. En particular, la acción 302 puede implicar utilizar un conector 46 para asegurar un tubo de entrada 42 de un intercambiador de calor 12 a un tubo de salida 44 de otro intercambiador de calor 12. Por ejemplo, la acción 302 puede implicar conectar un tubo de entrada 42 a un tubo de
salida de tal manera que el conector 46 es orientado a un ángulo con relación a la entrada 32 y salida 34 de los intercambiadores de calor 12.
La Figura 11 ilustra además que el método 300 puede implicar una acción 303 para posicionar una pluralidad de baldosas arquitectónicas en la pluralidad de intercambiadores de calor. Por ejemplo, la acción 303 puede implicar colocar "una baldosa arquitectónica 24 (por ejemplo, tejas, baldosas, adoquines, lajas o plataformas) en una superficie superior plana de cada intercambiador de calor 12. La acción 303 también puede implicar opcionalmente aplicar una capa de material conductor térmico para llenar las aberturas entre la pluralidad de baldosas arquitectónicas 24 y la pluralidad de intercambiadores de calor 12.
El método 300 también puede implicar una acción 304 para hacer circular un fluido de intercambio de calor a través de la pluralidad de intercambiadores de calor. Por ejemplo, la acción 304 para bombear agua o glicol a través de una pluralidad de canales 30 en el intercambiador de calor 12. El fluido intercambiador de calor puede entrar en una entrada 32 de un intercambiador de calor 12 cerca de su centro y fluir a través de canales fractales 36 a una salida 34 cerca del centro del intercambiador de calor 12.
Además, el diseño de modularidad proporciona conveniencia en el remplazo de las baldosas arquitectónicas 24. Después de descansar las baldosas arquitectónicas 24
directamente contra los intercambiadores de calor 12, si se identifica un problema en una de las baldosas arquitectónicas 24, las baldosas arquitectónicas problemáticas 24 se pueden remplazar simplemente por una segunda baldosa arquitectónica 24. Las baldosas arquitectónicas 24 pueden ser cualquiera de los componentes arquitectónicos incluyendo baldosas, adoquines, y pisos de madera.
La naturaleza modular de la invención proporciona la expansión y contracción entre los paneles térmicos ya que calientan y enfrian sobre un amplio espectro de temperaturas. Además, los paneles modulares térmicos permiten al usuario instalarlos, repararlos o reemplazarlos fácilmente. Los paneles modulares térmicos son utilizables con adoquin/losas que se elevan sobre pedestales o con baldosas de balastro para techos. Los paneles modulares térmicos también permiten al usuario desmantelarlos fácilmente y re-ensamblarlos para permitir reparaciones de techo/sustrato subyacentes. Cuando se utiliza en una aplicación exterior, los paneles modulares térmicos pueden convertirse en un arreglo de colector solar invisible, permitiendo asi la recolección solar de energía donde los colectores solares expuestos convencionales no son adecuados o permitidos por razones estéticas o de practicidad.
Además se debe señalar que una o más implementaciones de la presente invención proporcionan aplicaciones de múltiples usos, tales como, pero no limitado
a: (a) ganancia solar para calentar el agua caliente de uso doméstico en un clima cálido, conmutable para derretir la nieve en los meses de invierno, (b) ganancia solar hasta que la capacidad del medio de almacenamiento luego se cambia a un bucle geotérmico para el enfriamiento de la masa térmica anexa; (c) utilizar un bucle geotérmico para enfriar la masa térmica en clima caliente y derretir la nieve de la masa térmica en el invierno; (d) calentar el agua de uso doméstico mientras se enfria el techo para ayudar a reducir el efecto de isla de calor urbana en las ciudades potencialmente calificando asi para "estado de techo frío" o puntos LEED donde se requiera o desee; (e) añadir una unidad enfriadora de agua en el bucle para añadir enfriamiento adicional a la masa térmica para enfriar patios, patios de piscina, o patios de azotea, en ambientes de alto calor; (f) usar en aplicaciones que requieren un espacio frío o caliente sin el movimiento de aire mecánicamente inducido.
La presente invención puede ser incluida en otras formas específicas sin apartarse de su¦ espíritu o características esenciales. Las modalidades descritas serán consideradas en todos los aspectos solamente como ilustrativas y no restrictivas. El alcance .de la invención, por lo tanto, es indicado por las reivindicaciones anexas antes que por la descripción anterior. Todos los cambios que lleguen a estar- dentro del significado e intervalo de equivalencia de las reivindicaciones ' serán abarcados dentro
de su alcance.
Claims (20)
1. Un panel modular térmico configurado para ser colocado contra una baldosa arquitectónica para absorber el calor o transferir el calor a la baldosa arquitectónica, caracterizado porque comprende: un intercambiador de calor que tiene un primer panel conectado a un segundo panel, el primer panel es configurado para lindar con la baldosa arquitectónica; una pluralidad de canales definidos y ubicados entre el primer panel y el segundo panel, la pluralidad de canales permiten que un fluido de intercambio de calor pase entre los primer y segundo paneles y transfiera el calor hacia o desde la baldosa arquitectónica; un tubo de entrada que tiene primer y segundo extremos, el primer extremo del tubo de entrada se acopla a una entrada de la pluralidad de canales del intercambiador de calor; y un tubo de salida que tiene primer y segundo extremos, el primer extremo del tubo de salida se acopla a una salida de la pluralidad de canales; en donde el tubo de entrada y el tubo de salida son curvados en una forma de modo que los segundos extremos de los tubos de entrada y salida son orientados a un ángulo con la entrada y salida de la pluralidad de canales.
2. El panel modular térmico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la pluralidad de canales comprenden: un primer canal principal acoplado al tubo de entrada; un segundo canal principal acoplado al tubo de salida; y una pluralidad de subcanales conectados entre el primer canal principal y el segundo canal principal.
3. El panel modular térmico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el intercambiador de calor se hace de un material térmicamente transmisivo que comprende uno o más de polímeros, acero, aluminio y cobre.
4. El panel modular térmico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además un panel aislante que linda con el segundo panel del intercambiador de calor, el panel aislante tiene una o más esquinas removibles selectivamente que permiten selectivamente que las esquinas del intercambiador de calor sean expuestas.
5. El panel modular térmico de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque comprende además un pedestal que tiene un anillo de alineación esquina, en donde una esquina del intercambiador de calor se acopla al pedestal y linda contra el anillo de alineación de esquina.
6. El panel modular térmico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la entrada y salida se ubican lejos de los bordes de los primer y segundo paneles.
7. El panel modular térmico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además una membrana asegurada al primer panel del intercambiador de calor, la membrana es configurada para proporcionar una barrera entre el intercambiador de calor y la baldosa arquitectónica.
8. El panel modular térmico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las baldosas arquitectónicas comprenden una baldosa de techo.
9. Un sistema de transferencia de calor para transferir calentamiento o enfriamiento a una pluralidad de baldosas arquitectónicas, caracterizado porque comprende: una pluralidad de intercambiadores de calor unidos por rodillos, cada intercambiador de calor de la pluralidad de intercambiadores de calor unidos por rodillos comprende: primer y segundo paneles intermitentemente asegurados conjuntamente para definir una pluralidad de canales entre los mismos, y una entrada y una salida a la pluralidad de canales ubicados cerca del centro de los primero y segundo paneles; una pluralidad de baldosas arquitectónicas posicionadas en los primeros paneles de la pluralidad de intercambiadores de calor para ocultar de la vista la pluralidad de intercambiadores de calor; y un fluido de intercambio de calor configurado para circular a través de la pluralidad de canales de la pluralidad de intercambiadores de calor para transferir el calor entre el fluido de intercambio de calor y la pluralidad de baldosas arquitectónicas.
10. El sistema de transferencia de calor de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque comprende además: un tubo de salida acoplado a la salida de cada intercambiador de calor; un tubo de entrada acoplado a cada entrada de cada intercambiador de calor; una pluralidad de conectores que acoplan los tubos de salida y tubos de entrada de intercambiadores de calor adyacentes conjuntamente.
11. El sistema de transferencia de calor de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque los tubos de entrada y salida son doblados de tal manera que los conectores son orientados a aproximadamente 90 grados a las entradas y salidas de los intercambiadores de calor.
12. El sistema de transferencia de calor de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque comprende además una o más láminas de aislamiento ubicadas adyacentes al segundo de la pluralidad de intercambiadores de calor .
13. El sistema de transferencia de calor de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque comprende además: un intercambiador de calor secundario acoplado a la pluralidad de intercambiadores de calor; y un tanque de agua conectado al intercambiador de calor secundario.
14. El sistema de transferencia de calor de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque comprende además una pluralidad de paneles fotovoltaicos .
15. El sistema de transferencia de calor de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque comprende además una pluralidad de pedestales que soportan las esquinas de la pluralidad de intercambiadores de calor.
16. El sistema de transferencia de calor de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque las baldosas arquitectónicas comprenden uno o más de adoquines, losas de concreto, baldosas de techo, o tejas.
17. Un método para recolectar y utilizar energía térmica, caracterizado porque comprende: posicionar una pluralidad de intercambiadores de calor a través de una superficie; interconectar la pluralidad de intercambiadores de calor conjuntamente, en donde cada intercambiador de calor de la pluralidad de 'intercambiadores de calor comprende primer y segundo paneles intermitentemente asegurados conjuntamente para definir una pluralidad de canales entre los mismos, y una entrada y una salida a la pluralidad de canales ubicados cerca del centro de los primer y segundo paneles; posicionar una pluralidad de baldosas arquitectónicas en los primeros paneles de la pluralidad de intercambiadores de calor para ocultar de la vista la pluralidad de intercambiadores de calor; y circular un fluido de intercambio de calor a través de la pluralidad de canales de la pluralidad de intercambiadores de calor causando que el calor sea transferido entre la pluralidad de baldosas arquitectónicas y el fluido de intercambio de calor.
18. El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque comprende además: colocar una pluralidad de pedestales en la superficie, cada uno de la pluralidad de pedestales tiene un anillo de alineación; ajustar la altura de la pluralidad de pedestales; colocar la pluralidad de intercambiadores de calor en la parte superior de la pluralidad de pedestales; ajustar los anillos de alineación para prevenir el deslizamiento de la pluralidad de intercambiadores de calor; aplicar una capa de material conductor térmico para llenar las aberturas entre la pluralidad de baldosas arquitectónicas y la pluralidad de intercambiadores de calor.
19. El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque comprende además:' ensamblar una superficie aislante a un primer intercambiador de calor; conectar un segundo intercambiador de calor al primer intercambiador de calor; apoyar una pluralidad de baldosas arquitectónicas directamente contra cada uno de los primer y segundo intercambiadores de calor; identificar un problema con una de las baldosas arquitectónicas; y remplazar la baldosa arquitectónica problemática con otra baldosa arquitectónica sin desconectar o mover los primer y segundo intercambiadores de calor.
20. El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque comprende además: conectar la pluralidad de intercambiadores de calor a una o más bombas; detectar un diferencial de temperatura entre un tubo de entrada y un tubo de salida; encender una o más bombas cuando el diferencial de temperatura cae dentro de un intervalo de temperatura determinado, y apagar una o más bombas cuando el diferencial de temperatura cae fuera del intervalo de temperatura determinado .
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| Date | Code | Title | Description |
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| HC | Change of company name or juridical status |
Owner name: SECURE NATURAL RESOURCES LLC |
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| FG | Grant or registration |