| WO2009109794A1 | 2009-09-11 |
| US20100111508A1 | 2010-05-06 | |||
| US20130042635A1 | 2013-02-21 | |||
| US20150253038A1 | 2015-09-10 |
| REIVINDICACIONES Habiendo descrito suficientemente mi invención, considero como una novedad y por lo tanto reclamo como de mi exclusiva propiedad, lo contenido en las siguientes cláusulas: 1. Un Calentador De Agua De Intercambiador Y Fuente De Calor Híbridos caracterizado porque está compuesto por un gabinete cerrado con ventilas laterales y acceso a conexiones de tuberías, conteniendo todo el calentador y protege sus partes internas de fuertes vientos, de las condiciones climáticas externas y evita que las personas resulten lesionadas, con una placa soporte que permite que el calentador se le instale fijándose a una pared o muro, con una Conexión para entrada de agua fría, una Conexión para salida de agua caliente, una Conexión para el suministro de gas, un Tubo de escape de gases de combustión, un Cable para alimentación eléctrica, una electroválvula de control de gas, un Panel de control manual, un Aislamiento térmico del tanque, un Tanque de agua caliente en forma de dona cuadrada, un Quemador de gas, un Intercambiador de calor primario, un Intercambiador de calor secundario, un Precalentador, una Resistencia eléctrica, un Ánodo de sacrificio, Electrodos de ignición, un Sensor de temperatura del intercambiador de calor primario, un Sensor de temperatura del tanque, un Sensor de flujo de agua, un Detector de flama, un Módulo de control, y un Detector de gas. 2. El calentador de agua de la reivindicación 1 caracterizado porque su funcionamiento requiere mantenerlo conectado a una fuente de gas para su combustión mediante la conexión para el suministro de gas, a la toma de suministro de agua mediante la conexión para entrada de agua fría, a la tubería de distribución de agua caliente con la conexión de salida de agua caliente y a una fuente de energía eléctrica mediante el cable para alimentación eléctrica, y una vez establecidas las conexiones, el usuario puede encenderlo y ajustar la temperatura deseada mediante el panel de control manual, porque al encenderlo, el módulo de control determinará si la temperatura del agua en el tanque de agua caliente es mayor o igual a la solicitada, si no lo es iniciará el calentamiento mediante la resistencia eléctrica y por combustión de gas; porque el calentamiento eléctrico lo realiza activando la resistencia eléctrica utilizando un algoritmo de control Proporcional-Integral-Derivativo (PID) hasta que la temperatura medida con el sensor de temperatura del tanque se logre alcanzar. Porque el calentamiento por combustión inicia en dos casos: el primero cuando el módulo de control determina que la temperatura registrada por el sensor de temperatura del tanque está 5°C o más por debajo de la temperatura solicitada y el segundo al abrir alguna de las tomas de agua caliente que estén conectadas a la tubería de distribución de agua caliente, que provoca que el agua fluya ingresando por la conexión de entrada de agua fría, porque al pasar a través del sensor de flujo de agua dicho sensor envía la señal de existencia de flujo al módulo de control, porque el agua luego pasa por el precalentador con lo que inicia su calentamiento para luego ingresar al intercambiador de calor primario de donde recibe de lleno el fuego proveniente del quemador de gas, porque luego pasa al tanque de agua caliente en forma de dona cuadrada cuyas paredes exteriores están cubiertas por el aislamiento térmico del tanque que evita pérdidas del calor y en sus paredes interiores está físicamente acoplado al intercambiador de calor secundario del que obtiene calentamiento adicional de los gases de escape de la combustión, porque es en dicho tanque de agua caliente donde el agua es almacenada temporalmente y expuesta a la resistencia eléctrica que en conjunto con el intercambiador de calor secundario permite mantener la temperatura para luego salir hacia la conexión de salida de agua caliente. 3. El calentador de agua de la reivindicación 1, caracterizado porque el módulo de control determina mediante el sensor de temperatura del tanque si la temperatura del agua está por debajo de la previamente seleccionada por el usuario, lo que causa que inicie el calentamiento provocando la flama en el quemador de gas, lo que provoca que ejecute el ciclo de encendido: abre la electroválvula de control de gas manteniendo activados los electrodos de ignición hasta que el detector de flama mande la señal de existencia de fuego al módulo de control con lo que dicho módulo cesará la señal de ignición, asi mismo si no detecta que existiese la flama después de dos reintentos de 2 segundos cada uno el módulo de control obtendrá la lectura del detector de gas para asegurarse que hay ingreso del mismo en la conexión para el suministro de gas, porque si lo hay repetirá el ciclo de ignición hasta obtener la detección de flama, al pasar cinco ciclos de ignición infructuosos el módulo de control, porque mostrará una alarma en el panel de control manual. Porque el calentamiento por combustión se detendrá si el sensor de temperatura del intercambiador de calor primario indica que se rebasó la temperatura establecida previamente por el usuario o si el sensor de temperatura del tanque indica que ya se alcanzó dicha temperatura ai mismo tiempo que el sensor de flujo de agua indica que no existe flujo o si el detector de flama indica que se apagó por si sola. Si el detector de flama indica que se ha apagado sin motivo aparente el módulo de control iniciará el ciclo de encendido nuevamente. Porque el calor del quemador de gas es absorbido en una primera etapa por el intercambiador de calor primario y por las paredes del precalentador para luego circular a través del intercambiador de calor secundario que transfiere el calor residual de los gases de la combustión al tanque de agua caliente para luego pasar por el tubo de escape de gases de combustión. 4. El calentador de agua de la reivindicación 1 caracterizado porque el módulo de control cuenta con una interface que permite agregársele otros sensores u actuadores electromecánicos y acepta actualizaciones en su programación de rutinas de control. |
HÍBRIDOS
CAMPO TÉCNICO
El campo técnico de la presente invención es la termodinámica, dado que trata de un calentador de agua que se basa en intercambiadores de calor y fuentes de calentamiento.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
El progreso en el tema de los calentadores de agua domésticos ha venido girando en torno a la eficiencia energética con desarrollos en mejoras en incrementar la rapidez de la absorción de calor maximizándola, hacer quemadores de gas más eficientes, o utilizando métodos de calentamiento con energía eléctrica o solar o por bombas de calor. Estos avances presentan diversas arquitecturas en el diseño de sus intercambiadores que combinan lo existente para obtener mejoras, como es el caso de los calentadores por condensación. La patente US 8498523 B2 "Apparatus and control method for a hybrid tankless water heater" hace referencia a un diseño que incluye una mezcla de calentador instantáneo que opera con gas y un reservorio que es calentado por otra clase de fuente de calor que utiliza una bomba que hace recircular el agua para controlar su temperatura. La patente US 6907846 B2 ilustra la tecnología de un calentador por condensación que logra maximizar la extracción del calor de los gases residuales de la combustión del quemador, incorporando en la invención una disposición que evita que la corrosión de los elementos que lo componen. La patente US 6640047 B2 titulada "Hybrid water heater with eléctrica! heating unit and combustor" expone la tecnología del calentador híbrido, que opera a base de una bomba de calor y una quemador de gas que compensa el calentamiento cuando el clima es demasiado frío como para extraer algo de calor del ambiente. En la presente invención se logra el calentamiento del agua para uso doméstico utilizando un intercambiador de calor de rápida absorción como entrada a un tanque de reserva que a su vez recibe los gases de combustión del primer intercambiador logrando ventajas en eficiencia y en estabilidad térmica al no depender totalmente del sistema de rápida absorción, adicionalmente cuenta con calentamiento por resistencia eléctrica que asegura el servicio de agua caliente aun cuando no haya gas.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Los detalles característicos de este novedoso Calentador De Agua De Intercambiador Y Fuente De Calor Híbridos, se muestran claramente en la siguiente descripción y en los dibujos que se acompañan, siguiendo los mismos signos de referencia para indicar las partes y las figuras mostradas. Dichas figuras se describen brevemente:
La figura 1 es una vista isométrica del calentador de agua de intercambiador y fuente de calor híbridos.
La figura 2 es una vista de un corte en isométrico del calentador de agua de intercambiador y fuente de calor híbridos que permite observar sus componentes internos.
La figura 3 es una vista frontal de del calentador de agua de intercambiador y fuente de calor híbridos sin la tapa del compartimiento de acceso a los componentes internos desde donde se logra observar una parte de su composición interna.
La figura 4 es una vista de un corte en isométrico del calentador de agua de intercambiador y fuente de calor híbridos que permite observar las partes internas del tanque de agua caliente
Con referencia a dichas figuras el calentador de agua de intercambiador y fuente de calor híbridos está compuesto por:
1. Gabinete cerrado con ventilas laterales y acceso a conexiones de tuberías.
Éste contiene todo el calentador y protege sus partes internas de fuertes vientos, de las condiciones climáticas externas y evita que las personas resurten lesionadas
2. Placa soporte. Permite que el calentador se le instale fijándose a una pared o muro.
3. Conexión para entrada de agua fría.
4. Conexión para salida de agua caliente.
5. Conexión para el suministro de gas. 6. Tubo de escape de gases de combustión.
7. Cable para alimentación eléctrica
8. electroválvula de control de gas.
9. Panel de control manual.
10. Aislamiento térmico del tanque.
11. Tanque de agua caliente.
12. Quemador de gas.
13. Intercambiador de calor primario.
14. Intercambiador de calor secundario.
15. Precalentador.
16. Resistencia eléctrica.
17. Ánodo de sacrificio.
18. Electrodos de ignición.
19. Sensor de temperatura del intercambiador de calor primario.
20. Sensor de temperatura del tanque.
21. Sensor de flujo de agua.
22. Detector de flama.
23. Módulo de control.
24. Detector de gas.
El funcionamiento del Calentador De Agua De Intercambiador Y Fuente De Calor Híbridos requiere mantenerlo conectado a una fuente de gas para su combustión mediante la conexión para el suministro de gas (5), a la toma de suministro de agua mediante la conexión para entrada de agua fría (3), a la tubería de distribución de agua caliente con la conexión de salida de agua caliente (4) y a una fuente de energía eléctrica mediante el cable para alimentación eléctrica (7). Una vez establecidas las conexiones, el usuario puede encenderlo y ajustar la temperatura deseada mediante el panel de control manual (9), el módulo de control (23) inmediatamente determinará si la temperatura del agua en el tanque de agua caliente (11) es mayor o igual a la solicitada, si no lo es iniciará el calentamiento mediante calentamiento eléctrico y por combustión de gas; el calentamiento eléctrico lo realiza encendiendo la resistencia eléctrica (16) utilizando un algoritmo de control Proporcional-Integral-Derivativo (PID) hasta que la temperatura medida con el sensor de temperatura del tanque (20) se logre alcanzar. El calentamiento por combustión inicia en dos casos: el primero cuando el módulo de control (23) determina que la temperatura registrada por el sensor de temperatura del tanque (20) está 5°C o más por debajo de la temperatura solicitada y el segundo al abrir alguna de las tomas de agua caliente que estén conectadas a la tubería de distribución de agua caliente, eso provoca que el agua fluya ingresando por la conexión de entrada de agua fría (3) pasando a través del sensor de flujo de agua (21) que envía la señal de presencia de flujo al módulo de control (23), luego el agua pasa por el precalentador (15) con lo que inicia su calentamiento para luego ingresar al intercambiador de calor primario (13) de donde recibe de lleno el fuego proveniente del quemador de gas (12), pasando al tanque de agua caliente (11) en forma de dona cuadrada cuyas paredes exteriores están cubiertas por el aislamiento térmico del tanque (10) que evita pérdidas del calor y en sus paredes interiores está físicamente acoplado al intercambiador de calor secundario (14) del que obtiene calentamiento adicional de los gases de escape de la combustión, es en dicho tanque de agua caliente (11) donde el agua es almacenada temporalmente y expuesta a la resistencia eléctrica (16) que en conjunto con el intercambiador de calor secundario (14) permite mantener la temperatura para luego salir hacia la conexión de salida de agua caliente (4).
El módulo de control (23) determina mediante el sensor de temperatura del tanque (20) si la temperatura del agua está por debajo de la previamente seleccionada por el usuario, lo que causa que inicie el calentamiento provocando la flama en el quemador de gas (12) ejecutando el ciclo de encendido: abre la electroválvula de control de gas (8) manteniendo activados los electrodos de ignición (18) hasta que el detector de flama (22) mande la señal de existencia de fuego al módulo de control (23) con lo que dicho módulo cesará la señal de ignición, así mismo si no detecta que existiese la flama después de dos reintentos de 2 segundos cada uno el módulo de control (23) obtendrá la lectura del detector de gas (24) para asegurarse que hay ingreso del mismo en la conexión para el suministro de gas (5), si lo hay repetirá el ciclo de ignición hasta obtener la detección de flama, al pasar cinco ciclos de ignición infructuosos el módulo de control (23) mostrará una alarma en el panel de control manual (9). El calentamiento por combustión se detendrá si el sensor de temperatura del intercambiador de calor primario (19) indica que se rebasó la temperatura establecida previamente por el usuario o si el sensor de temperatura del tanque (20) indica que ya se alcanzó dicha temperatura al mismo tiempo que el sensor de flujo de agua (21) indica que no existe flujo o si el detector de flama (22) indica que se apagó por si sola. Si el detector de flama (22) indica que se ha apagado sin motivo aparente el módulo de control (23) iniciará el ciclo de encendido nuevamente. El calor del quemador de gas (12) es absorbido en una primera etapa por el intercambiador de calor primario (13) y por las paredes del precalentador (15) para luego circular a través del intercambiador de calor secundario (14) que transfiere el calor residual de los gases de la combustión al tanque de agua caliente (11) para luego pasar por el tubo de escape de gases de combustión (6).