ES2546227A1

ES2546227A1 - Dispositivo calentador de agua

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Publication number: ES2546227A1
Application number: ES201400298A
Authority: ES
Inventors: Manuel FRANCISCO LÓPEZ
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-03-18
Filing date: 2014-03-18
Publication date: 2015-09-21

Abstract

Sistema y dispositivo calentador de agua, referido a un sistema que genera electricidad a través de la propia presión del agua y calor a través de unas células peltier que transfieren de forma directa el incremento de temperatura al agua. Puede ser utilizado en todo lugar que necesite un punto o conducción de agua caliente, ya sea en las industrias, en medios de transportes o en las viviendas.

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo calentador de agua.

SECTOR TÉCNICO

Esta invención se engloba en el ámbito de los dispositivos para el calentamiento de agua potable para uso doméstico, industrial y comercial. Dentro de ellos, los que se obtienen por 5 calentamiento a través de energía limpia o renovable.

La presente invención genera electricidad a través de la propia presión del agua y genera calor a través de unas células peltier que transfieren de forma directa el incremento de temperatura (Δt) al agua. Puede ser utilizado en todo lugar que necesite un punto o conducción de agua caliente, ya sea en las industrias, en medios de transportes o en las viviendas. 10

Dicho sistema o dispositivo de calentamiento de agua puede ser instalado en los sistemas de abastecimiento de agua para el consumo y también para los sistemas de calefacción. Solo se necesita una conexión de agua con una presión mínima para que el sistema funcione de forma correcta.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 15

La presente invención es capaz de generar agua caliente sin ningún tipo de consumo o gasto energético, ya que por sí mismo es capaz de generar energía eléctrica para generar agua caliente. La energía eléctrica se crea a través de la presión de agua que hace girar a una turbina, que convierte la energía de la presión del agua en movimiento giratorio o rotacional, que hace girar el eje del aumentador de velocidad que comunica un mayor giro al motor de 20 corriente continua que hace la función de dinamo. El dispositivo incluye una o varias células peltier que convierte la energía eléctrica en energía calorífica.

La presente invención aplica el mismo principio que las centrales hidroeléctricas, utiliza la presión o energía potencial del agua para generar electricidad. En este caso utilizamos la presión del agua para generar energía eléctrica. 25

En la gran mayoría de las patentes tanto nacionales, europeas e internacionales, el uso que se le da a la célula peltier, es la de eliminar calor o disminuir la temperatura de un fluido o un material que tiene una temperatura elevada o que emiten calor. Esta invención, dispositivo calentador de agua, utiliza la célula peltier para generar calor, en vez de enfriar.

También hay que considerar que las patentes encontradas, la energía que utilizan para el 30 funcionamiento de los sistemas patentados es energía externa al sistema patentado, mientras que esta invención sistema y dispositivo calentador de agua, es único y exclusivo; genera su propia energía eléctrica para el funcionamiento del dispositivo de efecto termoeléctrico con células peltier.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN 35

Esta descripción o ejemplo es un modelo no limitativo de las bondades de uso de esta invención, pudiendo ser utilizado en otros procesos, sistemas y lugares. Esta invención puede estar colocada en el punto de uso de agua caliente o puede estar en un sistema acumulador, que traslada el agua caliente a través de un circuito, ya sea este para abastecimiento o para calefacción. 40

Tanto en el uso de agua para la calefacción, como el uso para abastecimiento de agua, existen diferencias entre el uso individual o comunitario de esta invención:

- Si el uso es individual para un domicilio o casa. El dispositivo se pondría en los puntos de salida de agua caliente, el tamaño y potencia de la invención es menor. Pero sí aumentaría el número de dispositivos calentadores de agua, teniendo que multiplicarlos por los puntos de salida.

- Si el uso es comunitario. La dimensión de la invención deberá ser de mayor tamaño y 5 potencia calorífica, el número de dispositivos calentadores se reducirían. Pero las características de las conducciones y depósitos de dicho suministro deberán de disponer de unas características estructurales necesarios para evitar que el calor se pueda perder al exterior, como por ejemplo el aislamiento térmico, para que llegue de forma correcta al punto de uso. 10

Aunque existen diferencias del uso individual y comunitario, la aplicación de esta invención podrían ser complementarias y ser usadas a la vez.

Ya sea para el uso de abastecimiento o para calefacción, el principio de funcionamiento del dispositivo calentador de agua es el mismo:

La presión del agua hace mover unos alabes de la turbina o hélices de la bomba, que al 15 transmitir ese movimiento rotatorio al eje del aumentador de velocidad hace que el eje del motor de corriente continua (en este caso hace función de dinamo) genera una diferencia de potencial (V) suficiente para alimentar una o varias placas peltiers o células peltier cilíndrica. Dichas células generan un calor que al estar en contacto con el agua produce un aumento de temperatura, que es el fin que buscamos con esta invención. 20

Para una mayor aclaración de la representación de la invención, hemos realizado dos representaciones diferenciadas; una representación con células peltiers planas y otra representación con células peltier cilíndrica.

La descripción de los elementos que integran el dispositivo calentador de agua sigue el mismo principio de funcionamiento en ambas representaciones. 25

- La turbina; la función que se le está dando en esta invención, es inversa a la que normalmente se le suele dar uso; normalmente genera velocidad al fluido o agua a través del giro o revolución que la turbina o alabes transfiere por el motor. En esta invención el agua es el que genera la velocidad de giro a la turbina o alabes para que genere gran velocidad de giro o revolución al rotor del aumentador de velocidad que conecta al eje del 30 motor de corriente continua.

- El aumentador de velocidad; es un reductor de velocidad que es utilizado como “aumentador” de velocidad. Dicho dispositivo se colocaría entre la turbina y el dispositivo generador de electricidad (motor de corriente continua). La función de dicho mecanismo es el de aumentar la velocidad de giro que llega de la turbina y que este transmite al eje del 35 motor de corriente continua. Se aplica un giro bajo en revoluciones en la entrada y se obtiene una velocidad de giro elevado en revoluciones a la salida de dicho intercambiador de velocidad. Con ello, se consigue que el motor de corriente continua funcione en el rango de velocidad óptima de funcionamiento. - El generador de electricidad; es un motor de corriente continua. En este caso el uso que se le está dando es inverso al que normalmente 40 se le aplica a un motor de corriente continua; normalmente aplicas energía eléctrica al motor para generar velocidad de giro o revoluciones por minuto. En esta invención utilizamos el motor como generador, aplicamos velocidad de giro al rotor o eje motriz para generar electricidad. Es convertir al motor de corriente continua en una dinamo.

- La célula peltier plana y célula peltier cilíndrica cumpliría dos funciones principalmente; 1.- Enfriamiento o refrigeración del motor de la bomba y circuitos de alimentación 2.- Crear y transferir calor al agua.

- El termostato; que conectaría o desconectaría la alimentación de las células peltier en el caso de que disminuyera o sobrepasara la temperatura de uso del agua caliente, como 5 medida de seguridad.

- El aislante; cumple la función de proteger de la disminución de temperatura (-Δt) que pueda generar la célula peltier que influye en el funcionamiento del motor, ya que este a temperaturas muy bajas puede reducir su rendimiento.

El dispositivo calentador de agua con células planas peltier comprende: 10

Un dispositivo generador de electricidad:

• Turbina.

• Aumentador de velocidad.

• Motor de corriente continua.

Dispositivo generador de calor: 15

• Células peltier planas; que transmita el calor generado al agua.

Dispositivo control de temperatura:

• Termostato para control de temperatura del agua.

Las partes internas y externas del dispositivo son resistentes al óxido ya que están en contacto con fluido o agua. 20

Sistema contenedores estancos:

• un sistema estanco interior donde se coloque las células peltier, termostato, aislamiento y cables.

• un sistema estanco exterior para alojar en su interior todo el sistema y que sea estanco. 25

• Conexiones de entrada y salida de agua.

Este dispositivo explicado anteriormente es en el caso de uso de placas peltier planas que son los que actualmente se comercializan. Pero en el caso de que la célula peltier pudiera fabricarse y comercializar de forma cilíndrica, podríamos reducir el tamaño del dispositivo y hacerlo más compacto. Consiguiendo que todo el dispositivo pudiera estar más integrado, por 30 lo que podríamos utilizarlos en el interior o exterior de las conducciones o tuberías de abastecimiento de agua y en los aparatos sanitarios como grifos, duchas y fregaderos, etc.

Hay que tener también en cuenta el tipo de turbina. Existen turbinas que el fluido entra y sale en el mismo eje horizontal o vertical, otras turbinas el fluido entra por el eje horizontal y la salida por el eje vertical o viceversa. En el dispositivo compacto con células peltier cilíndrica; el 35 fluido entra por el eje vertical y sale por el horizontal.

En el dispositivo más compacto:

Sistema generador de electricidad:

• Turbina.

• Aumentador de velocidad.

• Motor de corriente continua.

Dispositivo generador de calor: 5

• Células peltier de forma cilíndrica.

Dispositivo control de temperatura:

• Termostato para control de temperatura del agua.

Sistema contenedores estancos:

• Un habitáculo único que aloje en su interior todo el sistema estanco; turbina, 10 células peltier cilíndrica, aislante, motor de corriente continua, termostato, circuitos, conexiones y cables.

• Conexiones de entrada y salida de agua.

Los distintos componentes o elementos del sistema o dispositivo (la turbina, el dispositivo aumentador de velocidad, el motor de corriente continua, el tamaño y número de las células 15 peltier planas y el tamaño y numero células peltiers cilíndricas) pueden ser fabricados de menor o mayor tamaño y/o potencia dependiendo de la necesidad del uso, es decir, si es para gran volumen o poco volumen de agua, ya sea a calentar o a enfriar. Efectivamente dependiendo del lugar o punto de utilización, el tamaño y/o potencia del dispositivo variará. El tamaño para un punto de salida que sea para una cocina o baño es de menor potencia calorífica que en el 20 caso para el uso de calefacción de un edificio.

Asimismo, el sistema o dispositivo genera su propia energía eléctrica para generar energía calorífica sin necesitar una conexión o acumulador eléctrico para su funcionamiento.

El sistema o dispositivo puede situarse dentro de la conducción del fluido o puede estar fuera del sistema de conducción del fluido, pero sí dicho sistema puede ofrecer la misma función de 25 calentamiento o enfriamiento.

Algunas aplicaciones del sistema o dispositivo objeto de la presente invención son:

- Abastecimiento de agua potable en todo lugar en el que sea necesario utilizar agua caliente o utilice el agua como elemento transmisor del calor o utilice el agua para calentar un material que transfiera el calor a otro fluido que 30 transmita el calor, por ejemplo la industria, hoteles, medios de transportes como buques de gran consumo de agua caliente como trasatlánticos o buques pequeño, gimnasios, spas, etc.

- Abastecimiento simultaneo al sistema comunitario e individual existente; utilizando un circuito con un acumulador de agua y la colocación en los puntos 35 individuales.

- Realización de trasvase de productos con bajo grado de viscosidad, pudiendo ser utilizado para traslado de fluido de un punto a otro o por ejemplo para pasar un fluido de un contenedor a otro.

- Enfriamiento o calentamiento de cualquier líquido o fluido puesto que el efecto termoeléctrico del sistema puede ser invertido si se invierte la polaridad de la célula peltier. Por ejemplo un sistema de glicol o cualquier líquido con base alcohólica utilizado para pistas de hielo o pista de nieve.

- Generador de electricidad en instalaciones que necesiten generar energía 5 limpia y renovable.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

A continuación se procede a la descripción de dos representaciones; una primera representación Figuras 1 a la 4; son materiales que existen actualmente en el mercado y otra representación de la Figura 5 a la 8; un sistema o dispositivo mejorado y más compacto. Las 10 representaciones explican y ayudan a comprender mejor esta invención y ambas no son limitativas de ésta invención.

Dicho sistema o dispositivo representado de la Figura 1 a 4; representa la invención con el sistema de placas peltier planas y turbina con entrada superior de agua (eje vertical, y). De la Figura 5 a 8; representa el sistema o dispositivo con el sistema mejorado donde la forma de la 15 célula peltier es cilíndrica y la turbina tiene la entrada por la parte central (eje horizontal, x) y salida por la parte superior (eje vertical, y).

 La Figura 1 muestra la vista frontal del sistema o dispositivo de calentador de agua.

 La Figura 2 representa la vista en perspectiva del sistema o dispositivo calentador de agua. 20

 La Figura 3 representa la vista en perspectiva del cuerpo estanco interior.

 La Figura 4 representa la vista explosiva del sistema o dispositivo calentador de agua.

 La Figura 5 representa la vista frontal del sistema o dispositivo calentador de agua compacto.

 La Figura 6 representa la vista en perspectiva del sistema o dispositivo calentador de 25 agua compacto.

 La Figura 7 representa la vista en perspectiva del cuerpo estanco interior del sistema o dispositivo compacto.

 La Figura 8 representa la vista explosiva del sistema o dispositivo compacto.

Elementos de las figuras 1 a 4: 30

1. ENTRADA DE FLUIDO O AGUA

2. CUERPO ESTANCO

3. TAPA DEL CUERPO ESTANCO

4. TOMA DE SALIDA

5. TORNILLO TOMA DE SALIDA 35

6. TAPA DE SALIDA

7. SALIDA DE LA TURBINA

8. TURBINA

9. MOTOR C.C. (DINAMO)

10. CUERPO ESTANCO INTERIOR

11. CELULAS PELTIER PLANA

12. TERMOSTATO O SENSOR DE TEMPERATURA 5

13. AGUJERO DE ENTRADA TURBINA

14. AUMENTADOR DE VELOCIDAD

15. AISLAMIENTO

Elementos del sistema o dispositivo calentador de agua compacto, de las figuras 5 a 8:

16. CUERPO ESTANCO EXTERIOR 10

17. ENTRADA DEL FLUIDO

18. SALIDA DEL FLUIDO

19. ALABES TURBINA

20. AUMENTADOR VELOCIDAD

21. MOTOR CC (DINAMO) 15

22. CELULA PELTIER CILINDRICA

23. CERRAMIENTO INTERNO ESTANCO

24. SUJECIÓN DEL CERRAMIENTO INTERNO ESTANCO

25. ENVOLTURA TURBINA

26. SALIDA DEL AGUA O FLUIDO 20

27. TERMOSTATO O SENSOR DE TEMPERATURA

28. AISLANTE MOTOR

29. TAPA CUERPO EXTERIOR

DESCRIPCIÓN DE DOS REALIZACIONES PREFERIDAS 25

Explicación de las Figuras 1 a la 4.

El dispositivo que representamos en la Figura 1, es la vista frontal del sistema o dispositivo calentador de agua donde se aprecia la conexión de entrada de agua (1), agujero de acceso de la turbina al cuerpo estanco (13) y la salida de agua (4). La estructura externa está formada por un cuerpo estanco (2) y dos tapas estancas externas (3) y (6). La conexión de la salida es a 30 través del tornillo de sujeción (5).

En la Figura 2 se representa la vista perspectiva del sistema o dispositivo calentador de agua.

En la Figura 3 se representa la vista en perspectiva del cuerpo estanco interior y representa el sistema interno que realiza la generación de electricidad a través de la turbina (8), aumentador de velocidad (14), motor de corriente continua (9) y conversor de la energía eléctrica en energía calorífica con las células peltiers (11). En este caso la salida del agua se realiza a través de la apertura central (7) (eje horizontal) de la turbina (8). La velocidad de giro de la 5 turbina es transmitida al eje del aumentador de velocidad del motor (14) dicho dispositivo aumenta la velocidad de giro del eje del motor de corriente continua (9) que es utilizado como dinamo, generando electricidad a las células peltiers (11); que es un dispositivo termoeléctrico que convierte la energía eléctrica en energía calorífica. El dispositivo que regula el calor transferido al agua se realiza a través del termostato o sensor de temperatura (12). El agua 10 caliente saldría por la toma de salida (4) que se representan en las Figuras (2) y (4).

En la Figura 4 se muestra la vista explosiva de todo el sistema o dispositivo generador de calor.

Explicación de las Figuras 5 al 8.

En el caso de que se pueda fabricar y comercializar las células peltiers de forma cilíndrica podríamos reducir de tamaño dicha invención, ya que podríamos incorporar todo el dispositivo 15 generador de electricidad y el generador de calor en una forma más compacta, ver Figura 5 al 8.

La Figura 5 muestra el sistema o dispositivo calentador de agua de forma más reducida y compacta. Donde se representa el cuerpo estanco exterior (16), la entrada de fluido (17) y salida de fluido (18). 20

La Figura 6 muestra vista en perspectiva del sistema o dispositivo calentador de agua compacto. Donde se representa la entrada de agua (eje horizontal) o fluido por los alabes de turbina (19).

En la Figura 7 se muestra perspectiva del cuerpo estanco interior del sistema o dispositivo compacto. El agua entra por los alabes de la turbina (19) generando un par de giro que se 25 transfiere al aumentador de velocidad (20) y este transfiere al motor de corriente continua (21) generador de corriente eléctrica. Por la envoltura turbina (25) comunica el agua que sale por la salida de la turbina (26) hace que circule el agua por el interior del cuerpo estanco exterior (16) representado en la Figuras 5, 6 y 8. El fluido contacta con la célula peltier cilíndrica (22) que al estar con una temperatura elevada, hace que aumente la temperatura del agua, dicho 30 calentamiento se controla a través del termostato o sensor de temperatura (27). Tanto el motor (21), aislante (28) y célula peltier cilíndrica (22) está dentro del cuerpo estando interior (23) que tienen una sujeción del cerramiento interno estanco (24).

En la Figura 8 se observa la vista explosiva de todo el sistema o dispositivo calentador de agua. Se muestra el despiece de toda la invención. Aquí se muestra el aislante (28); es un 35 cilindro entre la célula peltier cilíndrica (22) y el motor de corriente continua (21). Tiene la función de evitar que el motor pueda recibir una disminución muy elevada de temperatura (-Δt) que haga que su rendimiento reduzca o que funcione de forma incorrecta.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo calentador de agua, que se dispone en una conducción o línea de agua o fluido, caracterizado porque comprende los siguientes componentes:

- una entrada de agua o fluido (1, 17),

- una salida de agua o fluido (2, 18), 5

- una turbina (8, 25),

- un dispositivo aumentador de velocidad (14, 20) conectado a la turbina (8, 25),

- un motor de corriente continua (9, 21) conectado al dispositivo aumentador de velocidad (14, 20) que aumenta la velocidad de giro del motor 10 generando electricidad,

- al menos un dispositivo termoeléctrico (11, 22) alimentado por el motor (9, 21) para generar calor, y

- un termostato (12, 27) que controla la temperatura del agua o fluido,

estando el dispositivo termoeléctrico (11, 22) en contacto directo con el agua que circula 15 por la conducción, realizándose una transferencia de calor de forma directa sin ningún tipo de elemento intercambiador de calor entre el dispositivo termoeléctrico (11, 22) y el agua, asegurando que transfiere la energía calorífica al fluido o agua directamente.
2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende un cuerpo estanco hueco (2, 16) en cuyo interior se sitúan los componentes del 20 dispositivo, dicho cuerpo de un material de muy baja conductividad térmica, para evitar la transferencia térmica al exterior.
3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los componentes del dispositivo que están en contacto con el fluido o el agua, ya sean internos y externos, son resistentes al óxido. 25
4. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la entrada y salida de agua o fluido se encuentran en el mismo plano, pudiendo ser el mismo horizontal o vertical.
5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la entrada y salida de agua o fluido se encuentran en distintos planos. 30
6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el motor (9, 21) y el aumentador de velocidad (14, 20) están incluidos o integrados en un mismo dispositivo.
7. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo termoeléctrico (11) es una célula Peltier plana. 35
8. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo termoeléctrico (22) es una célula Peltier cilíndrica.