ES2546227B1 - Dispositivo calentador de agua - Google Patents

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

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DESCRIPCION

Dispositivo calentador de agua.

SECTOR TECNICO

Esta invention se engloba en el ambito de los dispositivos para el calentamiento de agua potable para uso domestico, industrial y comercial. Dentro de ellos, los que se obtienen por calentamiento a traves de energla limpia o renovable.

La presente invencion genera electricidad a traves de la propia presion del agua y genera calor a traves de unas celulas peltier que transfieren de forma directa el incremento de temperatura (At) al agua. Puede ser utilizado en todo lugar que necesite un punto o conduction de agua caliente, ya sea en las industrias, en medios de transportes o en las viviendas.

Dicho sistema o dispositivo de calentamiento de agua puede ser instalado en los sistemas de abastecimiento de agua para el consumo y tambien para los sistemas de calefaccion. Solo se necesita una conexion de agua con una presion minima para que el sistema funcione de forma correcta.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

La presente invencion es capaz de generar agua caliente sin ningun tipo de consumo o gasto energetico, ya que por si mismo es capaz de generar energla electrica para generar agua caliente. La energla electrica se crea a traves de la presion de agua que hace girar a una turbina, que convierte la energla de la presion del agua en movimiento giratorio o rotacional, que hace girar el eje del aumentador de velocidad que comunica un mayor giro al motor de corriente continua que hace la funcion de dinamo. El dispositivo incluye una o varias celulas peltier que convierte la energla electrica en energla calorlfica.

La presente invencion aplica el mismo principio que las centrales hidroelectricas, utiliza la presion o energla potencial del agua para generar electricidad. En este caso utilizamos la presion del agua para generar energla electrica.

En la gran mayorla de las patentes tanto nacionales, europeas e internacionales, el uso que se le da a la celula 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 invencion, dispositivo calentador de agua, utiliza la celula peltier para generar calor, en vez de enfriar.

Tambien hay que considerar que las patentes encontradas, la energla que utilizan para el funcionamiento de los sistemas patentados es energla externa al sistema patentado, mientras que esta invencion sistema y dispositivo calentador de agua, es unico y exclusivo; genera su propia energla electrica para el funcionamiento del dispositivo de efecto termoelectrico con celulas peltier.

DESCRIPCION DE LA INVENCION

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

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

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- Si el uso es individual para un domicilio o casa. El dispositivo se pondrla en los puntos de salida de agua caliente, el tamano y potencia de la invention es menor. Pero si aumentarla el numero de dispositivos calentadores de agua, teniendo que multiplicarlos por los puntos de salida.

- Si el uso es comunitario. La dimension de la invencion debera ser de mayor tamano y potencia calorlfica, el numero de dispositivos calentadores se reducirlan. Pero las caracterlsticas de las conducciones y depositos de dicho suministro deberan de disponer de unas caracterlsticas estructurales necesarios para evitar que el calor se pueda perder al exterior, como por ejemplo el aislamiento termico, para que llegue de forma correcta al punto de uso.

Aunque existen diferencias del uso individual y comunitario, la aplicacion de esta invencion podrlan ser complementarias y ser usadas a la vez.

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

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

Para una mayor aclaracion de la representacion de la invencion, hemos realizado dos representaciones diferenciadas; una representation con celulas peltiers planas y otra representation con celulas peltier cillndrica.

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

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

- El aumentador de velocidad; es un reductor de velocidad que es utilizado como “aumentador” de velocidad. Dicho dispositivo se colocaria entre la turbina y el dispositivo generador de electricidad (motor de corriente continua). La funcion de dicho mecanismo es el de aumentar la velocidad de giro que llega de la turbina y que este transmite al eje del 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 optima de funcionamiento. - El generador de electricidad; es un motor de corriente continua. En este caso el uso que se le esta dando es inverso al que normalmente se le aplica a un motor de corriente continua; normalmente aplicas energla electrica al motor para generar velocidad de giro o revoluciones por minuto. En esta invencion 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.

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- La celula peltier plana y celula peltier cilindrica cumplirla dos funciones principalmente; 1.- Enfriamiento o refrigeracion del motor de la bomba y circuitos de alimentacion 2.- Crear y transferir calor al agua.

- El termostato; que conectarla o desconectarla la alimentacion de las celulas peltier en el caso de que disminuyera o sobrepasara la temperatura de uso del agua caliente, como medida de seguridad.

- El aislante; cumple la funcion de proteger de la disminucion de temperatura (-At) que pueda generar la celula 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 celulas planas peltier comprende:

Un dispositivo generador de electricidad:

• Turbina.

• Aumentador de velocidad.

• Motor de corriente continua.

Dispositivo generador de calor:

• Celulas 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 oxido ya que estan en contacto con fluido o agua.

Sistema contenedores estancos:

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

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

• 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 celula peltier pudiera fabricarse y comercializar de forma cilindrica, podrlamos reducir el tamano del dispositivo y hacerlo mas compacto. Consiguiendo que todo el dispositivo pudiera estar mas integrado, por lo que podrlamos utilizarlos en el interior o exterior de las conducciones o tuberlas de abastecimiento de agua y en los aparatos sanitarios como grifos, duchas y fregaderos, etc.

Hay que tener tambien 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 celulas peltier cilindrica; el fluido entra por el eje vertical y sale por el horizontal.

En el dispositivo mas compacto:

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Sistema generador de electricidad:

• Turbina.

• Aumentador de velocidad.

• Motor de corriente continua.

Dispositivo generador de calor:

• Celulas peltier de forma cillndrica.

Dispositivo control de temperatura:

• Termostato para control de temperatura del agua.

Sistema contenedores estancos:

• Un habitaculo unico que aloje en su interior todo el sistema estanco; turbina, celulas peltier cillndrica, 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 tamano y numero de las celulas peltier planas y el tamano y numero celulas peltiers cillndricas) pueden ser fabricados de menor o mayor tamano 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 utilization, el tamano y/o potencia del dispositivo variara. El tamano para un punto de salida que sea para una cocina o bano es de menor potencia calorlfica que en el caso para el uso de calefaccion de un edificio.

Asimismo, el sistema o dispositivo genera su propia energla electrica para generar energla calorlfica sin necesitar una conexion o acumulador electrico para su funcionamiento.

El sistema o dispositivo puede situarse dentro de la conduction del fluido o puede estar fuera del sistema de conduccion del fluido, pero si dicho sistema puede ofrecer la misma funcion de calentamiento o enfriamiento.

Algunas aplicaciones del sistema o dispositivo objeto de la presente invention 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 transmita el calor, por ejemplo la industria, hoteles, medios de transportes como buques de gran consumo de agua caliente como trasatlanticos o buques pequeno, gimnasios, spas, etc.

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

- Realization 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.

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- Enfriamiento o calentamiento de cualquier ilquido o fluido puesto que el efecto termoelectrico del sistema puede ser invertido si se invierte la polaridad de la celula peltier. Por ejemplo un sistema de glicol o cualquier llquido con base alcoholica utilizado para pistas de hielo o pista de nieve.

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

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

A continuation se procede a la description de dos representaciones; una primera representation Figuras 1 a la 4; son materiales que existen actualmente en el mercado y otra representation de la Figura 5 a la 8; un sistema o dispositivo mejorado y mas compacto. Las representaciones explican y ayudan a comprender mejor esta invention y ambas no son limitativas de esta invencion.

Dicho sistema o dispositivo representado de la Figura 1 a 4; representa la invencion 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 celula peltier es cillndrica 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.

• 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 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:

1. ENTRADA DE FLUIDO O AGUA

2. CUERPO ESTANCO

3. TAPA DEL CUERPO ESTANCO

4. TOMA DE SALIDA

5. TORNILLO TOMA DE SALIDA

6. TAPA DE SALIDA

7. SALIDA DE LA TURBINA

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8. TURBINA

9. MOTOR C.C. (DINAMO)

10. CUERPO ESTANCO INTERIOR

11. CELULAS PELTIER PLANA

12. TERMOSTATO O SENSOR DE TEMPERATURA

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

17. ENTRADA DEL FLUIDO

18. SALIDA DEL FLUIDO

19. ALABES TURBINA

20. AUMENTADOR VELOCIDAD

21. MOTOR CC (DINAMO)

22. CELULA PELTIER CILINDRICA

23. CERRAMIENTO INTERNO ESTANCO

24. SUJECION DEL CERRAMIENTO INTERNO ESTANCO

25. ENVOLTURA TURBINA

26. SALIDA DEL AGUA O FLUIDO

27. TERMOSTATO O SENSOR DE TEMPERATURA

28. AISLANTE MOTOR

29. TAPA CUERPO EXTERIOR

DESCRIPCION DE DOS REALIZACIONES PREFERIDAS

Explication 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 conexion de entrada de agua (1), agujero de acceso de la turbina al cuerpo estanco (13) y la salida de agua (4). La estructura externa esta formada por un cuerpo estanco (2) y dos tapas estancas externas (3) y (6). La conexion de la salida es a traves del tornillo de sujecion (5).

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

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En la Figura 3 se representa la vista en perspectiva del cuerpo estanco interior y representa el sistema interno que realiza la generacion de electricidad a traves de la turbina (8), aumentador de velocidad (14), motor de corriente continua (9) y conversor de la energia electrica en energia calorifica con las celulas peltiers (11). En este caso la salida del agua se realiza a traves de la apertura central (7) (eje horizontal) de la turbina (8). La velocidad de giro de la 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 celulas peltiers (11); que es un dispositivo termoelectrico que convierte la energia electrica en energia calorifica. El dispositivo que regula el calor transferido al agua se realiza a traves del termostato o sensor de temperatura (12). El agua caliente saldria 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.

Explication de las Figuras 5 al 8.

En el caso de que se pueda fabricar y comercializar las celulas peltiers de forma cilmdrica podriamos reducir de tamano dicha invention, ya que podriamos incorporar todo el dispositivo generador de electricidad y el generador de calor en una forma mas compacta, ver Figura 5 al 8.

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

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 transfiere al aumentador de velocidad (20) y este transfiere al motor de corriente continua (21) generador de corriente electrica. 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 celula peltier cilmdrica (22) que al estar con una temperatura elevada, hace que aumente la temperatura del agua, dicho calentamiento se controla a traves del termostato o sensor de temperatura (27). Tanto el motor (21), aislante (28) y celula peltier cilmdrica (22) esta dentro del cuerpo estando interior (23) que tienen una sujecion 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 invencion. Aqu se muestra el aislante (28); es un cilindro entre la celula peltier cilmdrica (22) y el motor de corriente continua (21). Tiene la funcion de evitar que el motor pueda recibir una disminucion muy elevada de temperatura (-At) que haga que su rendimiento reduzca o que funcione de forma incorrecta.

Claims (8)

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   ES 2 546 227 A1

   REIVINDICACIONES

   1. Dispositivo calentador de agua, que se dispone en una conduccion o ilnea 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),

   - 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 generando electricidad,

   - al menos un dispositivo termoelectrico (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 termoelectrico (11, 22) en contacto directo con el agua que circula por la conduccion, realizandose una transferencia de calor de forma directa sin ningun tipo de elemento intercambiador de calor entre el dispositivo termoelectrico (11, 22) y el agua, asegurando que transfiere la energla calorlfica al fluido o agua directamente.
2. 2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque comprende un cuerpo estanco hueco (2, 16) en cuyo interior se situan los componentes del dispositivo, dicho cuerpo de un material de muy baja conductividad termica, para evitar la transferencia termica al exterior.
3. 3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque los componentes del dispositivo que estan en contacto con el fluido o el agua, ya sean internos y externos, son resistentes al oxido.
4. 4. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 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. 5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque la entrada y salida de agua o fluido se encuentran en distintos planos.
6. 6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque el motor (9, 21) y el aumentador de velocidad (14, 20) estan incluidos o integrados en un mismo dispositivo.
7. 7. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque el

   dispositivo termoelectrico (11) es una celula Peltier plana.
8. 8. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque el

   dispositivo termoelectrico (22) es una celula Peltier cillndrica.