ES2261423T3 - Elemento calefactor de forma tubular. - Google Patents

Abstract

Un elemento calefactor (1) de forma tubular, en particular para aparatos calefactores para el agua que va a ser utilizada con fines sanitarios en un calentador para almacenamiento térmico, del tipo en el que se utiliza la tecnología en la cual es aplicada una resistencia eléctrica impresa a una superficie de metal, la dicha resistencia eléctrica impresa provista de una o más capas adicionales de material dieléctrico aplicado a la dicha superficie de metal, sobre la cual, utilizando por ejemplo una técnica de un proceso de impresión, hay impreso uno o más circuitos eléctricos resistivos, a los cuales está aplicada a su vez, una o más capas de material dieléctrico, dicho elemento calefactor (1) estando provisto de al menos una resistencia eléctrica impresa (4, 4 .1) la cual está aplicada lo mismo a toda que a una parte de la superficie interna o externa de una tubería (3), la dicha tubería estando provista de una sección que es conformada de cualquier forma para permitir que el agua que va aser utilizada con fines sanitarios por lo menos circule, caracterizado por el hecho que la dicha al menos una resistencia eléctrica impresa está conectada a un termostato durante la fase de almacenamiento del agua en el depósito (2, 2 .1) y a un dispositivo sensor de la temperatura tales como un interruptor automático por caída de presión o un conmutador de flujo durante la fase de extracción del agua.

Description

Elemento calefactor de forma tubular.

Campo técnico

La invención se refiere a un elemento calefactor de forma tubular, en general con calderas con fines sanitarios.

Antecedentes de la invención

Los dispositivos calefactores utilizados en la actualidad en las calderas antes mencionadas son generalmente las supuestas "resistencias eléctricas blindadas". Éstas están constituidas de un filamento eléctrico sumergido en un polvo aislante eléctricamente, inerte químicamente, el cual, está a su vez prensado dentro de un tubo de metal sellado herméticamente.

La energía térmica óptima prescindible por unidad de superficie (por lo general llamada "descarga térmica") es por lo general aproximadamente de 8.5 W/cm^{2} para resistencias eléctricas de calderas.

Es prácticamente imposible variar la descarga térmica a lo largo de la resistencia eléctrica. Es necesario desviar en sí la resistencia eléctrica lo mismo en lazo que en espiral para la energía que va a ser repartida principalmente en las zonas requeridas.

Con respecto al dispositivo de almacenamiento en el cual son utilizadas estas resistencias eléctricas, es importante hacer una distinción entre los diferentes tipos de aparatos, es decir, los calentadores para almacenamiento térmico, los también llamados "under the sink" calentadores para almacenamiento térmico, y las calderas eléctricas de almacenamiento de acción rápida. Los calentadores para almacenamiento térmico están caracterizados por lo general por un saliente sobre el cual está montado una o más resistencias eléctricas, un revestimiento termostático que contiene uno o más sensores de temperatura y posiblemente un dispositivo anticorrosión constituido por un ánodo de magnesio o un electrodo del dispositivo de protección catódica. El tubo de entrada, el cual es muy corto, apenas penetra el depósito y el dicho tubo suministra el agua fría en el fondo de dicho depósito. El tubo de salida va a través de todo el depósito para extraer el agua caliente de la parte más elevada.

La potencia instalada mínima en este tipo de caldera es aproximadamente 1,200/1,500 W.

Los llamados "under the sink" calentadores para almacenamiento térmico son calderas pequeñas que van colocadas en el interior del elemento sumidero. Para hacer la sujeción del elemento grifo más fácil, estas calderas van montadas al revés y por ello, de manera que el agua fría es insertada en la parte más baja y el agua calientes es extraída de la parte más alta, el tubo que actúa normalmente como el tubo de entrada es por lo tanto acoplado a la salida y viceversa.

Las calderas eléctricas de almacenamiento de acción rápida son similares en su construcción a los calentadores para almacenamiento térmico, con la excepción de que deben tener un depósito más pequeño que vaya bien con la función que tienen que llevar a cabo, éstas tienen un mayor nivel de potencia nominal y, por razones de seguridad, éstas son a menudo llamadas de tipo "libre descarga" (free - discharge), es decir, el agua contenida en el depósito está a presión ambiente.

Las resistencias eléctricas blindadas antes mencionadas tienen algunas desventajas, la primera de ellas está representada por el complejo proceso de producción.

Otra desventaja adicional de este tipo de resistencia eléctrica comúnmente conocida está constituida por la distribución de la energía térmica llevada a cabo con una resistencia eléctrica en espiral o en lazo: todas las formas requieren equipamiento específico costoso.

Otras desventajas adicionales están constituidas por la existencia de un área neutra al extremo de la resistencia eléctrica del cual no puede emitirse calor por la tendencia del depósito calcáreo, dando como resultado un sobrecalentamiento, por el agua en el área de ebullición (ruidosamente) y por rotura, así como la necesidad de largas aberturas para la inserción de las formas difíciles de manejar de las resistencias eléctricas en lazo o en espiral en el interior de la caldera.

Las desventajas de los actuales calentadores para almacenamiento térmico están constituidas, sobre todo por la necesidad de un saliente, como un elemento sellador, y un soporte para al menos una o más resistencias eléctricas, un recubrimiento para uno o más medidores termostáticos, y posiblemente un ánodo de magnesio o un electrodo de sistema de protección catódico.

Una desventaja adicional de este tipo de caldera es que el agua debe ser almacenada a al menos la temperatura de utilización, pero de forma usual a unas temperaturas mucho más altas que las calderas de acción rápida o incluso más altas que las calderas instantáneas, con un nivel menor de potencia nominal pero con mayor pérdida de calor y la formación más acelerada de depósito calcáreo, estos últimos teniendo un efecto en la corrosión.

Otra desventaja adicional es que es imposible sin la utilización de una resistencia eléctrica de forma complicada, concentrar una cantidad significativa de energía térmica en la parte inferior del depósito de manera de garantizar unas temperaturas más uniformes con menos pérdida de calor manteniendo la temperatura promedio inalterable.

Otra desventaja adicional está constituida porque con las resistencias eléctricas blindadas es imposible calentar el agua a tiempo final cuando ésta es extraída desde el dispositivo.

Con respecto a las calderas eléctricas de acción rápida o las actuales calderas instantáneas, sus más importantes desventajas estás constituidas por la necesidad de adoptar grandes resistencias eléctricas que aquellas que son utilizadas en los calentadores de almacenamiento lo cual por consiguiente requiere de unos salientes mayores.

Antes de exponer los objetivos de esta invención y de describir las formas de realización preferidas y algunas posibles variantes, cabe mencionar las características esenciales de la técnica de construcción de una resistencia eléctrica, lo cual aunque es una tecnología conocida, es aún rara vez utilizada.

Las dichas resistencias eléctricas están constituidas de una base de soporte de metal, en general de acero AISI 430, con capacidad de difusión de la energía térmica emitida y con la garantía de adhesión de las capas de recubrimiento incluso si ocurre expansión de calor.

Lo siguiente es aplicado de forma gradual a esta base de soporte de metal:

-

una o más capas de material dieléctrico;

-

un circuito impreso eléctrico producido a través de la aplicación de una pasta de resistencia especial a través de una tecnología de impresión adecuada, tal como por ejemplo, un proceso de impresión;

-

una capa o capas adicionales de material dieléctrico.

De aquí en adelante el término "resistencia eléctrica impresa" será utilizado para indicar toda la unidad constituida del circuito impreso y de las capas de material dieléctrico por encima y por debajo de éste, lo mismo si el circuito fue realizado utilizando una tecnología de un proceso de impresión o cualquier otra tecnología de impresión de circuito.

Las descargas térmicas obtenidas con las resistencias eléctricas impresas dependen obviamente de la capacidad para la eliminación de calor, pero mientras no existan incrementos particulares en el coste de producir descargas térmicas relativamente bajas en relación a aquellas utilizadas generalmente en el sector, éstas pueden ser aún extremadamente altas (al menos 18 - 20 W/cm^{2}). Así como para el líquido de calentamiento, las resistencias eléctricas impresas pueden también funcionar en seco ya que pueden resistir hasta 700ºC en el aire (250ºC en los puntos de soldaduras de las terminales eléctricas).

Las capas posteriores pueden también ser colocadas en superficies curvas.

Los cables de alimentación están conectados eléctricamente al circuito de resistencia impreso al extremo del circuito impreso, mediante el soldado de dos puntos que están de forma intencionada no cubiertos por el segundo grupo de capas de material dieléctrico.

El documento GB - 2324014 describe un intercambiador de calor que está provisto de un tubo de metal de forma cilíndrica y una inserción para definir un canal de agua helicoidal y el dicho tubo tiene un elemento calefactor en la forma de un carril conductor y resistivo.

Descripción de la invención

Un primer objetivo de la presente invención, en un dispositivo para el calentamiento del agua tal como una caldera eléctrica en la cual es necesario proporcionar medios de resistencia eléctricos de calentamiento del agua y, posiblemente, medios de control de la temperatura del agua y/o, posiblemente, medios electroquímicos de prevención de la corrosión, consiste en la reducción de los componentes que son requeridos para la realización de los medios antes mencionados.

Un segundo objetivo consiste en la simplificación de la construcción de uno o más de los medios antes mencionados de prevención de la corrosión, de control de la temperatura y de calentamiento.

Un tercer objetivo de la presente invención consiste en la simplificación del montaje de uno o más de los medios antes mencionados en un dispositivo para el calentamiento del agua.

Un cuarto objetivo de la presente invención limitar el depósito calcáreo que se forma en los medios de calentamiento antes mencionados.

Un quinto objetivo consiste en la posibilidad de eliminar el saliente de soporte de uno o más de los medios de calentamiento antes mencionados.

Un objetivo adicional consiste en la posibilidad de distribuir de mejor forma la energía térmica a ser emitida por los medios de calentamiento antes mencionados.

Un objetivo adicional para un calentador para almacenamiento térmico, consiste en hacer posible que el agua sea calentada en su totalidad en el momento que ésta está siendo extraída, utilizando los mismos medios de calentamiento que calientan el agua almacenada.

Un objetivo adicional y último consiste en reducir los costes de fabricación.

Consiguiendo estos y otros objetivos es posible, gracias a una utilización original de la técnica comúnmente conocida para la aplicación de resistencias eléctricas impresas a un soporte de metal.

De hecho, el objetivo de la presente invención, en particular para dispositivos de calentamiento del agua con fines sanitarios, un elemento calefactor constituido por un elemento tubular diseñado para un conducto de agua (con fines sanitarios como mínimo) y a cuyas superficies externas y/o internas están aplicadas una o más resistencias eléctricas impresas de la forma determinada arriba.

- La Figura 1 es una vista parcial de un elemento calefactor de acuerdo a una forma de realización preferida de la presente invención aplicado al interior de un depósito de almacenamiento de agua caliente;

- La Figura 2 es una vista total de un elemento calefactor de acuerdo a la forma de realización de la figura anterior;

- La Figura 3 es una vista parcial, a lo largo de los ejes principales, de los mismos elementos mostrados en la figura anterior con una variante posible de la invención;

- La Figura 4 es una vista parcial ampliada, en ángulo recto a los ejes principales, de un elemento calefactor general;

- La Figura 5 es un diagrama esquemático de una posible variante de la presente invención mostrada en las figuras 2 y 3, que muestra el caudal de agua en el interior del elemento calefactor durante la fase de calentamiento de dicha agua y durante la fase de extracción;

- La Figura 6 es un diagrama esquemático de una posible variante adicional de lo que es mostrado en la figura 2;

- En la Figura 7 se muestra de forma sumamente esquemática una caldera de almacenamiento de acción rápida utilizando elementos de calefacción de acuerdo a una variante de esta invención.

A continuación se presenta la descripción de una forma de realización preferida de un elemento calefactor de acuerdo a la presente invención el cual puede ser utilizado de una forma extremadamente ventajosa en un calentador de almacenamiento térmico.

Haciendo referencia a la Figura 1, un elemento calefactor 1 de acuerdo a la presente invención se muestra en el interior del depósito 2 de un calentador de almacenamiento térmico. En el caso expuesto como un ejemplo, el elemento calefactor 1 es el tubo de salida de agua caliente del depósito 2. Como se muestra en las Figuras de la 1 a la 3, el elemento calefactor 1 está constituido de: una pieza de tubería 3 hecha de cualquier material compatible con la tecnología de impresión de la resistencia eléctrica y con los esfuerzos mecánicos, físicos y químicos a las que dicha tubería 3 estará sujeta, por ejemplo acero AISI 430; una resistencia eléctrica de impresión 4 y, por último, un acoplamiento para tuberías 5. Para una mayor claridad, solamente el circuito impreso concreto parte de la resistencia eléctrica impresa 4 es mostrado, aunque de hecho éste es ocultado por las capas de material dieléctrico por encima y por debajo de éste, que junto con el circuito impreso antes mencionado componen las resistencias eléctricas impresas, tal como fue descrito con anterioridad. Las aberturas 10 y 11 en la parte inferior y en la parte superior de la tubería 3 también son mostradas.

El acoplamiento para tubería 5 es encajado con medios de acoplamiento 6 y 7 adecuados, por ejemplo, casquillos roscados, para fijar respectivamente, el dicho acoplamiento para tubería 5 a lo mismo el depósito 2, por medio de una tuerca anillo 8 soldada al propio depósito 2, y también al sistema de distribución de agua caliente (no mostrado). El acoplamiento para tubería 5 está también fijado con acoplamientos 9 apropiados para el suministro de electricidad a las resistencias eléctricas impresas 4, los dichos acoplamientos 9 están conectados eléctricamente a las resistencias eléctricas impresas 4 y aislados eléctricamente de los elementos que quedan de una forma comúnmente conocida no mostrada en las figuras.

En la Figura 3, además de los elementos ya identificados, hay una abertura 11.b con un dispositivo desviador 12 indicado en la parte superior de la tubería 3 cerca de su entrada 3.a.

En la Figura 4 hay (desde el interior al exterior del elemento calefactor 1): una posible capa de material 14 sobre la cual es difícil que se forme una superficie calcárea en el depósito, tal como polipropileno; la tubería 3 sobre la cual será aplicada la posterior resistencia eléctrica impresa 4, la dicha resistencia eléctrica impresa 4 estando constituida por una o más capas de un material dieléctrico sujeto a la base del soporte constituido por la tubería 3; el circuito impreso resistivo y una o más capas externas de un material dieléctrico. Por último es mostrado un revestimiento 15 previsto para proteger la resistencia eléctrica impresa 4 contra la abrasión.

En la Figura 5 la cual constituye una posible variante de la invención como se indica en la Figura 3, se muestra con flechas, la dirección de circulación que el agua tomará durante los dos modos de funcionamiento de un calentador para almacenamiento térmico. De forma más precisa, en la izquierda está la circulación activada por movimientos convectivos durante la fase de calentamiento utilizando el elemento calefactor 1 y en la derecha está la dirección durante la fase en la cual el agua caliente está siendo extraída. Las aberturas 10.a adaptadas con los deflectores 12 posicionadas con respecto a la entrada, constituye una variante de las aberturas 10.

En la Figura 6 se muestra una posible variante de la Figura 5, en donde las aberturas 10.b están hechas de la tubería 3 en una posición con las ampliaciones del perfil 13.

En la Figura 7 se muestra, montado sobre un depósito pequeño 2.1, los elementos ya conocidos en las figuras anteriores: las flechas indican la entrada y la salida de las direcciones del caudal del agua; aunque no se muestra en la figura, también el depósito 2.1 en el mismo modo que para la tubería 3 en las figuras previas, y al menos para toda su parte cilíndrica, puede constituir la base de soporte para una resistencia eléctrica impresa 4.1 completamente idéntica a la resistencia eléctrica impresa 4. Los otros elementos indicados son idénticos o equivalentes a aquellos conocidos en las figuras anteriores. Por esto, el tipo de caldera de acción rápida mostrada en la figura es acoplada con al menos dos resistencias eléctricas impresas: la resistencia eléctrica impresa 4.1 antes mencionada y la resistencia eléctrica impresa 4, cuyo elemento base está constituido de una pieza de tubería 3 del tipo de salida de agua caliente.

A continuación se expondrá una descripción detallada de las características del elemento calefactor 1 de acuerdo a la presente invención.

Ante todo, es obvio que el suministro eléctrico de la resistencia eléctrica 4 avanza al calentamiento del agua almacenada en el depósito de almacenamiento 2 de un modo similar al de las resistencias eléctricas blindadas actualmente en uso pero existen características especiales y ventajas que serán ahora señaladas.

La resistencia eléctrica impresa 4 ha sido dibujada en la figura con indiferencia si ésta está constituida de calado o en espiral enrollado alrededor de la tubería 3. De hecho ésta podría tener cualquier ruta que no se cruce a sí misma, la ruta puede incluso ser irregular para variar la carga térmica a lo largo de la longitud del elemento calefactor en el modo más adecuado. También puede existir, por ejemplo, una ruta en espiral doble con un paso constante que comience y termine en el par de conectores 9, o un espiral doble con un paso variable.

Pueden existir varias resistencias eléctricas impresas 4 en la misma capa aislante, cada dicha resistencia terminando en un respectivo par de conectores 9 con el objetivo de hacer posible variar la energía térmica emitida mediante la inserción de una o más de dichas resistencias eléctricas impresas 4. También pueden haber varias resistencias eléctricas impresas revestidas aisladas como muchas capas aislantes, cada dicha resistencia eléctrica terminando en un respectivo par de conectores 9.

Estas características hacen posible concentrar la distribución de la energía térmica generada por las resistencias eléctricas impresas 4 en las zonas donde es más útil: para calentadores para almacenamiento térmico, esto es por lo general la parte inferior. También, si varias resistencias eléctricas impresas 4 son necesarias esto no aumentará las dimensiones totales de manera significativa debido a la posibilidad antes mencionada de la creación de rutas adyacentes para las dichas resistencias eléctricas impresas 4, o por la sobre imposición de éstas, así como una capa de material de aislamiento es colocada entre cada dicha ruta.

Un aspecto importante de esta invención es el hecho de que utilizando la misma tecnología, y al mismo tiempo que las resistencias eléctricas impresas 4 son impresas, los circuitos eléctricos pueden ser impresos para conectar varios componentes electrónicos o eléctricos al exterior del depósito eléctricamente. Estos dichos componentes podrían ser útiles si se montan por el elemento calefactor, el dicho elemento calefactor actuando como un soporte para los dichos componentes. Los dichos componentes son soldados de un modo comúnmente conocido a un extremo de los circuitos eléctricos impresos, en la posición más adecuada por el elemento calefactor, y eléctricamente aislado del entorno circundante; el otro extremo de dichos circuitos termina con conectores eléctricos adecuados, en posición con el acoplamiento de tubos. Los dichos componentes pueden ser, por ejemplo, sensores de temperatura (por ejemplo NTCs) para ser conectados a correspondientes termostatos electrónicos; termostatos de seguridad unipolar de tipo laminar bimetálico o aquellos con un fusible o de otro tipo (que sean muy pequeños de tamaño) y en este caso éstos pueden ser soldados de forma directa en serie con la resistencia eléctrica a ser controlada. Por último, estos componentes pueden ser dispositivos de protección de anticorrosión catódica. Los sensores de temperatura pueden también estar constituidos por una guía de resistencia impresa con un nivel de resistencia que depende lo suficiente de la temperatura que va a ser medida. Con este objetivo, la ruta de los sensores impresos puede estar constituida por una guía la cual es lo suficientemente larga como para incrementar la resistencia total, facilitando así la medición de la resistencia eléctrica como una función de cambio de temperatura.

A continuación se expondrá una descripción de algunos detalles o variantes de construcción del elemento calefactor 1 de acuerdo con la presente invención.

Durante la fase de calentamiento del agua en el depósito 2 de un calentador para almacenamiento térmico puede ser necesario simular la circulación del agua en el interior de la tubería 3 para prevenir que el agua que se encuentra en el interior de este último se estanque y el incremento de temperatura, provocando que se forme de manera extremadamente rápida el depósito calcáreo y que también hierva el agua que se encuentra en esa zona. Si el usuario extrae el agua en ese momento, éste último fenómeno puede provocar que el usuario se queme. Es posible, entonces, según como se muestra en las Figuras 1 y 3, crear aberturas 10 en la parte inferior y la tubería 3. Como se muestra en las Figuras 5 y 6, esto permite una circulación natural de forma continua en el interior de la tubería 3 durante la fase de calentamiento. Cuando el agua caliente es extraída, también podría ser loable prevenir que el agua fría de la parte inferior de la caldera se arremoline a través de dichas aberturas. Aunque ha sido demostrado, en las más comunes utilizaciones de la invención, que una o más aberturas 10 constituidas de aberturas de 4 mm, son suficientes para garantizar la recirculación sin que el agua fría se arremoline cuando el agua está siendo extraída del depósito, es aún posible prever otras adaptaciones apropiadas: por ejemplo, en la Figura 5 las aberturas 10a. están conectadas con deflectores 12 adecuados y en la Figura 6 las aberturas 10b. están en posición con las ampliaciones 13 adecuadas del perfil que, debido al efecto Venturi, provoca un aumento de la presión local y evita que entre el agua fría. En algunas formas de realización, sin embargo, el diámetro del elemento calefactor 1 puede estar hecho lo suficientemente ancho para permitir una circulación natural activa suficientemente en el interior, sin que ningunas aberturas 10 sean necesarias. En otras formas de realización, por el contrario, la velocidad del agua cuando está siendo extraída del depósito es suficiente alta o suficientemente frecuente como para asegurar un constante lavado y prevenir de este modo o eliminar el depósito calcáreo. Con este objetivo, puede ser ventajoso, como se muestra en la Figura 4, proveer de una capa 14 de material no adherente para el depósito calcáreo en el interior de la tubería 3, tal como polipropileno.

Aún durante la fase de calentamiento del agua que se encuentra en el interior del depósito 2, puede ser adecuado asegurar que el agua que asciende a través de la circulación natural en el interior de la tubería 3 no se descargue completamente en el extremo 3.a, en donde, es conocido existe a menudo una burbuja de aire que puede obstruir la circulación. Por esta razón, el agua puede aún pasar a través de las aberturas 11 en la Figura 1 o 11.b en la Figura 3.

En algunas aplicaciones, puede merecer la pena proveer un revestimiento antiabrasivo externo para la capa que se encuentra más al exterior de material de aislamiento que constituye la resistencia eléctrica impresa 4. Esto puede ser creado, como en la Figura 4, con un revestimiento de protección 15 hecho de un material adecuado, pero puede también ser útil tener el dicho revestimiento de protección 15 hecho de un material diseñado para actuar como un electrodo para la protección catódica, como se describe en su totalidad en otra patente presentada al mismo tiempo, por el mismo solicitante. De forma alternativa, el dicho revestimiento de protección 15 puede estar constituido de un elemento tubular de metal de sacrificio para proteger el aparato contra la corrosión (en general un ánodo de magnesio). Con cualquier medio comúnmente conocido o cualquiera de los medios descritos con anterioridad, el dicho electrodo o el dicho ánodo están conectados eléctricamente de forma adecuada al depósito de metal a ser protegido.

Haciendo referencia a la Figura 1, el elemento calefactor 1 permite que el funcionamiento sea flexible, lo cual es imposible con las resistencias eléctricas blindadas comúnmente conocidas. Para tener una reserva alta, una caldera por lo general mantiene el agua a 70 - 75ºC, mientras que la temperatura de utilización está por lo general a 40ºC. Si se necesita poca agua y el usuario desea limitar la pérdida de calor, la temperatura de depósito puede ser bajada a la temperatura de utilización, pero nunca por debajo. Con el elemento calefactor 1, el agua puede mantenerse a una temperatura ligeramente menor que la de la temperatura de utilización y ésta puede ser recalentada durante la fase de extracción, activando las resistencias eléctricas impresas 4. Con este objetivo es necesario para dichas resistencias eléctricas 4 ser operadas por un termostato durante la fase de almacenamiento y por un equipo sensor del caudal, como un interruptor automático por caída de presión o un conmutador de flujo, durante la pase de extracción del agua.

En la Figura 1 el elemento calefactor 1 de acuerdo a la presente invención es representado como un tubo para extraer el agua caliente del calentador para almacenamiento térmico, pero, de forma alternativa, éste puede tomar la forma de un tubo de entrada, como en el caso de una caldera "under the sink" o a la vez el tubo de entrada que se extiende de forma adecuada al interior del depósito y el tubo de salida para una mejor distribución de la energía térmica en las zonas más adecuadas.

En la Figura 7, en cambio, se muestra una caldera de acción rápida equipada con al menos dos resistencias eléctricas impresas las cuales están separadas una de otra físicamente. La primera dicha resistencia eléctrica, que se indica con el número 4.1 y soportada por el depósito 2.1, puede mantener el agua almacenada a una temperatura determinada, regulada por un termostato adecuado. La segunda, indicada con el número 4 y soportada por el tubo de salida 3 puede también calentar el agua durante la fase de extracción, regulada por un sensor de flujo, tal como un interruptor automático por caída de presión o un conmutador de flujo.

Como es natural, aún haciendo referencia a la Figura 7, un único elemento calefactor 1 constituido por el tubo de salida, podría llevar a cabo lo mismo la función de precalentamiento durante la fase de almacenaje que la función de calentamiento final durante la fase de extracción así como el dicho elemento calefactor 1 tiene las aberturas 11 como se muestra en la figura.

Si fuera necesario, las resistencias eléctricas impresas 4 o 4.1 pueden ser aplicadas a la superficie interna del elemento calefactor 1 o pueden tener diferentes secciones configuradas (es decir, no circular) o ser curvada o convexa, lógicamente dentro de los límites de las formas permitidas por la tecnología de impresión de resistencias eléctricas comúnmente conocida.

Una primera ventaja del elemento calefactor 1 es que, en un calentador para almacenamiento térmico, el saliente puede ser eliminado por medio de simplemente proporcionar lo siguiente: un aro o tuerca roscada para fijar el elemento calefactor, un revestimiento soldado o roscado para la inserción de los sensores termostáticos y/o el electrodo de protección anticorrosión catódica y/o una tuerca roscada para la inserción de un ánodo de magnesio o un electrodo. Esto ha sido también mostrado, aunque el elemento calefactor 1 puede también soportar, todo junto, los sensores, los termostatos de seguridad y los electrodos de protección anticorrosión o los ánodos de sacrifico. Por ello, es posible en algunas variantes, eliminar no solamente el saliente, sino también la otra abertura en el depósito 2, a excepción de la abertura necesaria para el elemento calefactor de acuerdo a la presente invención.

En los calentadores para almacenamiento térmico, la presente invención puede también permitir una reducción de la pérdida de calor de forma significativa y disminución de la formación en el depósito 2 de depósito calcáreo.

A modo de ejemplo, se prevé un calentador para almacenamiento térmico con una potencia de 1500 W.

Es necesario un caudal de 0.07 litro/segundo para una ducha. A esta frecuencia, si la resistencia eléctrica es activada durante la fase de extracción, en la práctica, la dicha resistencia eléctrica solamente produce calor para el agua que circula a través del elemento, ya que el intercambio térmico es mucho más activo que en el exterior donde el agua no fluye. El resultado es que la temperatura del agua extraída aumenta por aproximadamente 5ºC, permitiendo que el agua sea mantenida a 35ºC si la temperatura de utilización requerida es de 40ºC.

Si la temperatura ambiente es 20ºC, da como resultado una pérdida térmica del 25 (carga térmica: 35 - 20 = 15ºC, en lugar de 40 - 20 = 20ºC)

Cuando el agua es mantenida a una temperatura más baja, se forma menos depósito calcáreo.

Esta ventaja va en aumento por la caldera de acción rápida, es decir, aquellas con un alto nivel de potencia, como se muestra en la Figura 7.

En general, el elemento calefactor de acuerdo a la presente invención hace posible la fabricación de un calentador para almacenamiento térmico de acción rápida en donde el mismo elemento calefactor puede precalentar el agua que está almacenada a las temperaturas de almacenamiento inferiores a aquellas requeridas y entonces completar la fase de calentamiento en el momento de la utilización.

Una resistencia eléctrica de tipo blindada para calderas tiene por lo general una descarga térmica, como se mencionó anteriormente de 8.5 W/cm^{2} y está sujeta a una formación rápida en los depósitos de depósito calcáreo, lo que se incrementa en proporción directa a la descarga térmica. Un tubo de salida de una caldera tiene por lo general de ½'' de diámetro (es decir, 21 mm): suponiendo que la longitud sea de 600 mm y que la potencia nominal sea de 1500 W, el elemento calefactor 1 tiene una carga térmica de menos de 4 W/cm^{2}, menos que la mitad de la resistencia eléctrica blindada, y es posible además reducir la carga térmica por medio del aumento el diámetro del tubo y su superficie mientras se mantiene la superficie de la ruta de la resistencia eléctrica igual sin que exista ningún incremento significativo en el coste.

Claims (9)

1. Un elemento calefactor (1) de forma tubular, en particular para aparatos calefactores para el agua que va a ser utilizada con fines sanitarios en un calentador para almacenamiento térmico, del tipo en el que se utiliza la tecnología en la cual es aplicada una resistencia eléctrica impresa a una superficie de metal, la dicha resistencia eléctrica impresa provista de una o más capas adicionales de material dieléctrico aplicado a la dicha superficie de metal, sobre la cual, utilizando por ejemplo una técnica de un proceso de impresión, hay impreso uno o más circuitos eléctricos resistivos, a los cuales está aplicada a su vez, una o más capas de material dieléctrico, dicho elemento calefactor (1) estando provisto de al menos una resistencia eléctrica impresa (4, 4.1) la cual está aplicada lo mismo a toda que a una parte de la superficie interna o externa de una tubería (3), la dicha tubería estando provista de una sección que es conformada de cualquier forma para permitir que el agua que va a ser utilizada con fines sanitarios por lo menos circule, caracterizado por el hecho que la dicha al menos una resistencia eléctrica impresa está conectada a un termostato durante la fase de almacenamiento del agua en el depósito (2, 2.1) y a un dispositivo sensor de la temperatura tales como un interruptor automático por caída de presión o un conmutador de flujo durante la fase de extracción del agua.

2. Un elemento calefactor (1) de acuerdo a las reivindicaciones 1 y 2 caracterizado por el hecho que en el caso en el cual más circuitos eléctricos resistivos independientes están en el dicho elemento calefactor, dichos circuitos eléctricos resistivos pueden estar colocados sobre varias capas, estando cada capa separada de las otras por una o más capas de material dieléctrico.

3. Un elemento calefactor (1) de acuerdo a las reivindicación 1, caracterizado por el hecho que está conectado al depósito (2, 2.1) a través de medios de acoplamiento (9) y está conectado al suministro del agua a través de medios de acoplamiento (7), dichos medios de acoplamiento pertenecen a al menos un acoplamiento de tubos (5, 5.1), dicho acoplamiento de tubos puede tener acoplamientos (9) para el suministro de energía eléctrica de al menos una resistencia eléctrica impresa (4, 4.1).

4. Un elemento calefactor (1) de acuerdo a las reivindicaciones 1 y 3 caracterizado por el hecho que las rutas de los circuitos eléctricos resistivos de las resistencias eléctricas impresas (4, 4.1) pueden tener cualquier forma, lo mismo regular que irregular, dicha cualquier forma siendo adecuada para distribuir la descarga térmica, según se requiera, lo mismo de forma uniforme o de manera diferente por la
tubería (3).

5. Un elemento calefactor (1) de acuerdo a las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho que puede ser loable proporcionar un revestimiento externo de protección (15) contra la abrasión para la capa más externa de material de aislamiento constituyendo la resistencia eléctrica 4, dicho revestimiento de protección puede estar diseñado para proteger el depósito (2, 2.1) contra el fenómeno de la corrosión; revestimiento de protección (15) puede consistir de manera ventajosa en un electrodo en la forma de un dispositivo de protección catódica por corriente impresa hecho de por ejemplo, una aleación de titanio o en un ánodo de sacrificio, por ejemplo, de una aleación de magnesio; las conexiones eléctricas de dicho dispositivo diseñado para proteger el depósito contra la corrosión puede estar hecho en parte o en conjunto utilizando la tecnología de impresión para resistencias eléctricas.

6. Un elemento calefactor (1) de acuerdo a las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho que una o más aberturas (10, 10.a, 10.b), situados en la parte inferior de la tubería (3), conectan la superficie externa y la superficie interna de dicha tubería; dichas aberturas son adecuadas para proveer una circulación natural del agua en el interior de la tubería (3) durante las fases de calentamiento.

7. Un elemento calefactor (1) de acuerdo a las reivindicaciones 1 y 6, caracterizado por el hecho que una o más aberturas (10.a) están acopladas con deflectores (12); dichos deflectores siendo capaces de evitar que el agua fría entre en la tubería (3).

8. Un elemento calefactor (1) de acuerdo a las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho que una o más aberturas (11, 11.b) están situadas en la parte superior de la tubería (3) para facilitar, a través de una circulación natural, el desagüe del agua desde dicha tubería, dicho desagüe del agua siendo adecuado para evitar cualquier burbuja de aire que pueda ocasionarse en una entrada (3.a) convirtiéndose en una obstrucción.

9. Procedimiento para la utilización del elemento calefactor de forma tubular de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizado por el hecho que dicho termostato acciona la resistencia eléctrica (4, 4.1) durante la fase de almacenamiento de agua en un depósito (2, 2.1) para mantener el agua a una temperatura ligeramente más baja que la temperatura de utilización y dicho dispositivo sensor del caudal acciona la dicha resistencia eléctrica impresa durante la fase de extracción del agua para completar el calentamiento del agua, dicho elemento calefactor siendo adecuado para ser utilizado lo mismo para mantener la temperatura del agua a un primer valor de ajuste previo de almacenamiento y luego para recalentarla a un segundo valor de temperatura de extracción.