BR102018067652A2 - Aparelho elétrico de aquecimento de água - Google Patents

Abstract

aparelho elétrico de aquecimento de água a presente invenção trata de um aparelho elétrico de aquecimento de água (1) do tipo que compreende uma câmara de aquecimento (2) fluidicamente conectada a uma entrada de água (10) e uma saída de água (11), a câmara de aquecimento (2) sendo dotada de projeções (20) que encaminham a água da entrada de água (10) para a saída de água (11), as projeções (20) são dispostas paralelamente espaçadas entre si, o espaçamento entre as projeções (20) configurando um corredor único (4) para encaminhamento da água da entrada de água (10) para a saída de água (11), promovendo um aquecimento homogêneo de todo o fluxo de água que passa pelo aparelho.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "APARELHO ELÉTRICO DE AQUECIMENTO DE ÁGUA".

[001] A presente invenção refere-se a um aparelho elétrico de aquecimento de água cuja construção permite um aquecimento gradual e uniforme da água através de pequenos e constantes incrementos de temperatura, promovendo um aquecimento homogêneo de todo o fluxo de água que passa pelo aparelho.

Descrição do Estado da Técnica [002] No que se trata do âmbito de tecnologias voltadas para o aquecimento de água, seja para uso em chuveiros, duchas, pias ou qualquer outra necessidade relacionada, o aquecimento se dá por dispositivos a gás, aquecedores solares e, particularmente no Brasil, por aparelhos elétricos de passagem. Os aparelhos elétricos de passagem apresentam uma série de vantagens em relação a outras formas de aquecimento, como, por exemplo, o fato de o aquecimento ser instantâneo, sem a necessidade de aquecer previamente e reservar grande quantidade de água aquecida. Outro ponto a favor é o fato de que a temperatura da água não decresce ou varia ao longo de sua utilização, como acontece com aquecedores solares, por exemplo.

[003] Portanto, tendo em vista tais vantagens alcançadas, é necessário que esses aparelhos elétricos de passagem sejam sempre aperfeiçoados, para garantir a eficiência cada vez maior do produto. [004] O aquecimento elétrico acontece por meio da circulação de corrente elétrica através de um elemento conhecido em eletricidade como resistor elétrico e popularmente chamado de resistência elétrica ou simplesmente resistência. Essa circulação de corrente provoca o aumento de temperatura da resistência pelo efeito Joule, em que a água, ao entrar em contato físico com a resistência, recebe uma energia térmica e, consequentemente, aumenta sua temperatura inicial.

[005] A resistência, uma vez projetada e produzida, é inserida em um compartimento do aparelho elétrico, denominado câmara ou módulo de aquecimento. Neste sentido, a praxe técnica do estado da técnica é a utilização de uma base de invólucro compreendendo projeções elevadas dispostas tal como visto nas figuras 1 a 3 aqui apresentadas. Conforme pode ser visto nestas figuras, as projeções da câmara de aquecimento são curtas, espalhadas e dispostas diagonalmente em relação à entrada de água na região de aquecimento.

[006] Neste sentido, a figura 2 aqui apresentada ilustra de forma esquemática o caminho que a água toma para percorrer o módulo de aquecimento do estado da técnica, mostrando como o fluxo se divide pelos diversos corredores e caminhos distintos formados pelas projeções. Esta disposição proposta pelo estado da técnica não oferece qualquer controle sobre a movimentação do fluxo de água, e a mesma pode tomar múltiplos caminhos para percorrer a distância entre a entrada e a saída do módulo de aquecimento. Consequentemente, não há como garantir que o fluxo de água será homogeneamente aquecido no interior da câmara de aquecimento, pois diferentes porções do fluido podem percorrer um caminho maior ou menor entre a entrada e a saída da câmara de aquecimento e, consequentemente, serem mais ou menos aquecidas pela resistência. Isto resulta em eventual diminuição de eficiência da troca térmica provida pelo aparelho.

[007] Este problema se torna ainda mais visível quando da operação dos aparelhos do estado da técnica em baixa vazão, pois nestes casos não existe turbulência significativa para forçar a mistura do fluido e permitir a homogeneização de sua temperatura, mesmo que parcialmente.

[008] Sendo assim, não se observa no estado da técnica um aparelho elétrico de aquecimento de água que permita um aquecimento homogêneo do fluxo de água que passa pela câmara de aquecimento, para permitir uma maior eficiência na troca térmica promovida pelo aparelho.

Objetivos da Invenção [009] Um primeiro objetivo da presente invenção é apresentar um aparelho elétrico de aquecimento de água que permita um aquecimento homogêneo do fluxo de água que passa pela câmara de aquecimento. [0010] Um segundo objetivo da presente invenção é apresentar um aparelho elétrico de aquecimento de água que permita uma maior eficiência na troca térmica entre o fluxo de água que passa pela câmara de aquecimento e a resistência do aparelho.

[0011] Um terceiro objetivo da presente invenção é apresentar um aparelho elétrico de aquecimento de água que permita ao fluxo de água seguir um caminho único no interior da câmara de aquecimento, de forma que seu aquecimento seja gradual e atinja todas as porções do fluido igualmente.

Breve Descrição da Invenção [0012] A presente invenção trata de um aparelho elétrico de aquecimento de água do tipo que compreende uma câmara de aquecimento fluidicamente conectada a uma entrada de água e uma saída de água, a câmara de aquecimento sendo dotada de projeções que encaminham a água da entrada de água para a saída de água, as projeções sendo dispostas paralelamente espaçadas entre si, o espaçamento entre as projeções configurando um corredor único para encaminhamento da água da entrada de água para a saída de água. [0013] De modo preferencial, mas não obrigatório, a câmara de aquecimento compreende uma projeção inicial que se projeta de uma região adjacente à entrada de água e se estende pela câmara de aquecimento no sentido do fluxo de água da entrada de água, o espaçamento entre a projeção inicial e uma das laterais da câmara de aquecimento configurando um corredor inicial, o corredor inicial sendo fluidicamente conectado ao corredor único.

[0014] Ainda preferencialmente, as projeções são alternadamente associadas à projeção inicial e a uma das laterais da câmara de aquecimento, e a associação alternada entre as projeções e a projeção inicial configura câmaras secundárias de inversão de sentido do fluxo de água.

[0015] Ainda preferencialmente, o aparelho compreende paredes de extensão associadas à câmara de aquecimento, e as paredes de extensão são paralelamente espaçadas de ao menos uma projeção, o espaçamento entre as paredes de extensão e a projeção configurando ao menos uma porção do corredor único.

Descrição Resumida dos Desenhos [0016] A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base em um exemplo de execução representado nos desenhos. As figuras mostram: [0017] Figura 1 - é uma vista em perspectiva de um aparelho elétrico de aquecimento de água do estado da técnica;

[0018] Figura 2 - é uma vista superior de um aparelho elétrico de aquecimento de água do estado da técnica com uma representação esquemática dos diferentes caminhos percorridos pelo fluxo de água no interior de sua câmara de aquecimento;

[0019] Figura 3 - é uma vista superior de um aparelho elétrico de aquecimento de água do estado da técnica com uma resistência associada ao mesmo;

[0020] Figura 4 - é uma vista em perspectiva do aparelho elétrico de aquecimento de água da presente invenção;

[0021] Figura 5 - é uma vista superior do aparelho elétrico de aquecimento de água da presente invenção com uma representação esquemática do caminho único percorrido pelo fluxo de água no interior da câmara de aquecimento;

[0022] Figura 6 - é uma vista superior do aparelho elétrico de aquecimento de água da presente invenção com uma resistência associada ao mesmo.

Descrição Detalhada das Figuras [0023] Inicialmente, para melhor entendimento da presente invenção, esclarece-se que o termo "fluidicamente conectado" deve ser entendido como uma associação realizada entre dois ou mais elementos que permite a transferência de fluido de um para o outro. [0024] As figuras 1 a 3 mostram um aparelho 1' de aquecimento de água do estado da técnica. Pode-se visualizar, pela figura 1, que o aparelho 1' compreende uma câmara de aquecimento 2', delimitada por paredes laterais 24' dispostas na região superior da carcaça do aparelho 1'. Visualiza-se ainda que a câmara de aquecimento 2' é fluidicamente conectada a uma entrada de água 10' e uma saída de água 11', e compreende em seu interior uma multiplicidade de projeções 20', cuja funcionalidade é direcionar ou encaminhar a água da entrada 10' para a saída 11'. Adjacentemente à entrada de água 10', visualiza-se também uma projeção de entrada 21' em forma de "L" que direciona a água da entrada 10' para uma região mais oposta à saída 11', para que a água possa percorrer uma extensão maior da câmara de aquecimento 2'. Nesta região mais oposta à saída 11', a projeção de entrada 21' compreende orifícios 210' para passagem da água para a região das projeções 20'.

[0025] A figura 2 ilustra uma representação esquemática da movimentação do fluxo de água dentro da câmara de aquecimento 2' do aparelho 1' do estado da técnica. O sentido geral do fluxo é representado por setas pontilhadas. Como se pode visualizar, e como já esclarecido anteriormente, a água que passa pelas projeções 20' flui em diversos sentidos de forma descontrolada, passando entre múltiplas projeções 20' simultaneamente. Torna claro que algumas porções do fluido sofrerão aquecimento diferenciado, considerando que fatores como o percurso da água e o tempo que a mesma permanece no interior da câmara de aquecimento 2' diferem entre as porções que tomaram trajetos diferentes para passagem entre as projeções 20'.

[0026] A disparidade do aquecimento promovido pelo aparelho 1' do estado da técnica é agravada quando se considera que, conforme visto na figura 3, a resistência 3', quando associada à câmara de aquecimento 2', não cobre a totalidade da referida câmara, deixando lacunas 2'' em que a água pode fluir por ou se alojar sem estar em contato com a resistência 3'. Portanto, a disposição de aparelho 1' proposta pelo estado da técnica apresenta baixa eficiência de troca térmica, pois não permite um aquecimento homogêneo do fluido que passa pela sua câmara de aquecimento 2'.

[0027] Para solucionar este problema do estado da técnica, a presente invenção propõe um aparelho elétrico de aquecimento de água que permite a passagem da água pela câmara de aquecimento por um corredor único, de forma a promover um aquecimento gradual e idêntico de todo o fluxo de água que passa pelo aparelho.

[0028] As figuras 4 a 6 ilustram o aparelho 1 da presente invenção em uma configuração construtiva considerada preferencial. Neste sentido, cumpre notar que a configuração preferencial aqui proposta não deve ser entendida como obrigatória para realização da invenção. Trata-se apenas de uma construção possível e considerada de particular eficiência.

[0029] A figura 4 mostra uma vista em perspectiva da configuração preferencial do aparelho 1 da presente invenção. O aparelho 1 é do tipo que compreende uma câmara de aquecimento 2, a qual é, preferencialmente, delimitada pela carcaça do aparelho 1, e mais preferencialmente, por elevações laterais 24 dispostas na região superior da carcaça do aparelho 1. O aparelho 1 compreende ainda uma entrada de água 10 e uma saída de água 11, ambas fluidicamente conectadas à câmara de aquecimento 2. Preferencialmente, a entrada 10 e a saída 11 do aparelho 1 são dispostas em uma mesma lateral da carcaça do aparelho 1, tal que a alimentação e saída de água do referido aparelho 1 são realizadas pelo mesmo lado. Não obstante, a entrada e a saída 10, 11 do aparelho 1 podem ser dispostas em qualquer configuração, tal como cada qual em laterais 24 opostas ou perpendiculares entre si.

[0030] Ademais, a câmara de aquecimento 2 compreende uma multiplicidade de projeções 20 que encaminham a água da entrada de água 10 para a saída de água 11. Tais projeções 20, conforme melhor visto na figura 5, são dispostas paralelamente espaçadas entre si, ou seja, dispostas longitudinalmente paralelas entre si e separadas a uma distância no sentido transversal. Este espaçamento entre as projeções configura um corredor único 4 para passagem de água da entrada de água 10 para a saída de água 11, ou seja, as distâncias entre as projeções 20 no seu sentido transversal configuram um corredor único 4 por onde a água da entrada de água 10 flui até a saída de água 11 sem que seu fluxo seja dividido. As projeções 20 podem ser do tipo que é associado à carcaça do aparelho 1, por meio de fixação por cola ou qualquer outro meio adequado, ou ainda obtidas diretamente da fabricação da carcaça do aparelho 1, por meio de prensagem, moldagem ou qualquer outro processo adequado.

[0031] De forma preferencial, o aparelho 1 compreende uma projeção inicial 21 que se projeta de uma região adjacente à entrada de água 10 e se estende pela câmara de aquecimento 2 no sentido do fluxo de água da entrada de água 10. Pelas figuras 5 e 6, visualiza-se que a projeção inicial 21 se projeta de uma região próxima da entrada de água 10 no sentido do fluxo de alimentação e se estende pela câmara de aquecimento 2 e termina em uma abertura que dá acesso ao corredor único 4. Ainda de forma preferencial, o espaçamento entre a projeção inicial 21 e uma das laterais da câmara de aquecimento 2 configura um corredor inicial 5, o qual é fluidicamente conectado ao corredor único 4. A projeção inicial 21 pode ser do tipo que é associado à carcaça do aparelho 1 ou obtida diretamente da fabricação da referida carcaça, de forma similar às projeções 20. Ademais, a projeção inicial 21 pode ter uma leve deformação 21A na sua região adjacente à entrada de água 10 para se adequar ao tamanho da referida entrada 10 e permitir o livre fluxo de entrada de fluido, embora esta deformação 21A não seja obrigatória e sua presença e geometria dependa de que tipo de geometria e tamanho a entrada de água 10 possui.

[0032] A função da projeção inicial 21 nesta configuração preferencial é permitir o direcionamento da água da entrada de água 10 para uma região oposta ao lado do aparelho 1 que contém a saída de água 11, para permitir que a água percorra a maior distância possível dentro do corredor único 4 antes de sair da câmara de aquecimento 2. Não obstante, o uso da projeção inicial 21 não é obrigatório para se obter este efeito. Uma alternativa possível seria dispor da saída de água 11 em uma extremidade do aparelho 1 oposta à extremidade que contém a entrada de água 10, o que eliminaria a necessidade de uso da projeção inicial 21 para este objetivo.

[0033] Outra função da projeção inicial 21 é servir de estrutura de apoio para as projeções 20. De forma preferencial, as projeções 20 são alternadamente associadas à projeção inicial 21 e a uma das laterais 24 da câmara de aquecimento 2. A associação pode ser feita através de quaisquer meios de fixação adequados, tais como cola, encaixe, elementos de fixação, tais como parafusos, etc. Em uma configuração possível, a câmara de aquecimento 2 do aparelho 1 é fabricada já com as projeções 20 associadas alternadamente entre a projeção inicial 21 e uma das laterais 24 da câmara 2 por meio de prensagem ou moldagem, ou qualquer outro processo de fabricação capaz de permitir este tipo de disposição.

[0034] Mais especificamente, como visto na figura 5, as projeções 20 se alternam, preferencialmente, entre a associação à projeção inicial 21 e a uma lateral 24 da câmara de aquecimento 2, permitindo a formação de câmaras secundárias 22 que promovem um espaço adequado para que o fluxo de fluido mude de sentido quando passa de um espaçamento das projeções 20 para outro. Não obstante, o uso da projeção inicial 21 como apoio para as projeções 20 é preferencial, mas não obrigatório. Uma alternativa possível seria utilizar duas as laterais 24 opostas da carcaça do aparelho 21 como estrutura de apoio para as projeções 20, eliminando a necessidade de uso da projeção inicial 21. [0035] Ainda de forma preferencial, o aparelho 1 compreende paredes de extensão 23 associadas à câmara de aquecimento 2, conforme melhor visto nas figuras 5 e 6. A associação destas paredes de extensão 23 à câmara 2 pode ser configurada por quaisquer processos ou meios aplicáveis à projeção inicial 21, conforme esclarecido anteriormente. Adicionalmente, as paredes de extensão 23 compreendem, nesta configuração preferencial, colunas transversais 23A que permitem o seu afastamento com relação às laterais da carcaça do aparelho 1.

[0036] As paredes de extensão 23 são, mais preferencialmente, dispostas paralelamente espaçadas às projeções 20, similarmente a como as próprias projeções 20 são paralelamente espaçadas entre si. Ademais, o espaçamento entre as paredes de extensão 23 e a projeção 20 configura ao menos uma porção do corredor único 4, sendo que, nesta configuração preferencial, as porções do corredor único 4 configuradas por esta associação são as primeira e última porções 4A, 4B, conforme pode ser visto na figura 5. Ademais, a parede de extensão 23 adjacente à última porção 4B é associada à projeção inicial 21, e a parede de extensão 23 adjacente à primeira porção 4A é associada às laterais 24 do aparelho 1, acompanhando assim a disposição das projeções 20 para formação do corredor 4.

[0037] A função das paredes de extensão 23 nesta configuração preferencial é limitar o espaço que o fluxo de água pode percorrer no interior do aparelho 1. Como se pode visualizar pela figura 6, o uso das paredes de extensão 23 confina a água em uma área que corresponde à área de contato de uma resistência 3. Assim, aumenta-se ainda mais a eficiência da troca térmica pela eliminação de regiões onde a água não teria contato com a resistência. Além disso, o uso das paredes de extensão 23 permite que aparelhos elétricos antigos, tais como o das figuras 1 a 3, sejam substituídos pelo aparelho 1 da presente invenção sem preocupações com relação a diferenças de dimensão, pois o uso das paredes de extensão 23 compensa qualquer diferença de estrutura externa entre o aparelho antigo e a presente invenção.

[0038] Não obstante, cumpre notar que as paredes de extensão 23 são de aplicação preferencial, mas não obrigatória. Uma construção alternativa possível para a presente invenção sem a utilização das paredes de extensão 23 seria a simples redução das dimensões da carcaça do aparelho 1 para utilização das suas laterais 24 paralelas às projeções 20 para formação das primeira e última porções 4A, 4B do corredor 4.

[0039] Ainda preferencialmente, o aparelho 1 da presente invenção compreende terminais 30 de conexão elétrica para encaixe e energização de uma resistência elétrica 3. Mais preferencialmente, tais terminais 30 são dispostos nas câmaras secundárias 22 para minimizar o seu impacto no fluxo de fluido que corre pelo corredor único 4. Não obstante, a presença dos terminais 30 é preferencial, mas não obrigatória.

[0040] Com relação ao funcionamento da invenção em sua configuração preferencial, o aparelho 1 é inicialmente alimentado com um fluxo de água pela sua entrada de água 10. O fluxo entra na câmara de aquecimento 2 e é direcionado ao corredor único 4, preferencialmente por meio do corredor inicial 5, e percorre o corredor único 4 até a saída de água 11. Ao percorrer o corredor único 4, o fluxo de água segue um caminho predeterminado, contínuo e único, onde se mantém constantemente em contato com a resistência 3. Desta forma, o aquecimento da água no interior da câmara de aquecimento 2 é contínuo e gradual e atinge todas as porções do fluido igualmente. De modo preferencial, o fluxo de água troca de sentido nas câmaras secundárias 22. Não obstante, o caminho percorrido pelo fluido é apenas um durante todo o processo de funcionamento do aparelho 1. [0041] Desta forma, o aparelho 1 da presente invenção permite que o fluido que passa pelo seu interior seja aquecido de forma uniforme, promovendo uma troca térmica mais eficiente entre a resistência e o fluido e aumentando a eficiência do aparelho como um todo.

[0042] Para a configuração preferencial da presente invenção aqui apresentada, o intervalo de vazão de fluxo preferencial é de 0,5 a 15 litros por minuto. A potência máxima recomendada para aplicação ao aparelho é, preferencialmente, até 15kW. O espaçamento entre as projeções 20, ou seja, a largura do corredor único 4, é preferencialmente entre 3 a 20mm. A partir destes dados preferenciais, a configuração preferencial do aparelho 1 aqui descrita pode trabalhar com temperaturas de água entre 0°C e 100°C, tanto na entrada 10 quanto na saída 11. Cumpre notar que os dados acima representam condições e intervalos que conferem particular eficiência à configuração preferencial aqui descrita, mas não devem ser entendidos como obrigatórios ou absolutos. Outros intervalos e valores de operação podem ser estipulados para obtenção de um efeito técnico correspondente, desde que respeitadas as características essenciais e particulares da invenção.

[0043] Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.

REIVINDICAÇÕES

Claims (6)

1. Aparelho elétrico de aquecimento de água (1) do tipo que compreende uma câmara de aquecimento (2) fluidicamente conectada a uma entrada de água (10) e uma saída de água (11), a câmara de aquecimento (2) sendo dotada de projeções (20) que encaminham a água da entrada de água (10) para a saída de água (11), o aparelho (1) sendo caracterizado pelo fato de que as projeções (20) são dispostas paralelamente espaçadas entre si, o espaçamento entre as projeções (20) configurando um corredor único (4) para encaminhamento da água da entrada de água (10) para a saída de água (11).

2. Aparelho elétrico de aquecimento de água (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a câmara de aquecimento (2) compreende uma projeção inicial (21) que se projeta de uma região adjacente à entrada de água (10) e se estende pela câmara de aquecimento (2) no sentido do fluxo de água da entrada de água (10), o espaçamento entre a projeção inicial (21) e uma das laterais da câmara de aquecimento (2) configurando um corredor inicial (5), o corredor inicial (5) sendo fluidicamente conectado ao corredor único (4).

3. Aparelho elétrico de aquecimento de água (1), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que as projeções (20) são alternadamente associadas à projeção inicial (21) e a uma das laterais da câmara de aquecimento (2).

4. Aparelho elétrico de aquecimento de água (1), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a associação alternada entre as projeções (20) e a projeção inicial (21) configura câmaras secundárias (22) de inversão de sentido do fluxo de água.

5. Aparelho elétrico de aquecimento de água (1), de acordo com a reivindicação 1, 2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que compreende paredes de extensão (23) associadas à câmara de aquecimento (2).

6. Aparelho elétrico de aquecimento de água (1), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as paredes de extensão (23) são paralelamente espaçadas de ao menos uma projeção (20), o espaçamento entre as paredes de extensão (23) e a projeção (20) configurando ao menos uma porção do corredor único (4).