CALENTADOR DE AGUA BASADO EN CIRCUITO DE ACONDICIONAMIENTO DE AIRE DE COMBUSTIBLE DOBLE ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona generalmente a un aparato calentador de liquido y, en modalidades representativamente ilustradas de la misma, proporciona más particularmente calentadores de agua que son capaces de utilizar selectivamente ya sea una estructura de quemador de combustible o calor de circuito de acondicionamiento de aire rechazado para calentar agua almacenada en ' una porción de tanque del calentador de agua. En el pasado, varias propuestas se han hecho para utilizar calor rechazado de un circuito refrigerante de acondicionamiento de aire para calentar agua dispuesta en un recipiente de almacenamiento. Los sistemas previamente propuestos para transferir calor de circuito refrigerante rechazado a agua almacenada tienen típicamente asociado con lo mismo varios problemas, limitaciones y desventajas bien conocidas, que incluyen requerir una cantidad indeseablemente grande de espacio de instalación, que es mecánicamente complejo y requerir sistemas de control relativamente complicados. Por estas razones sería deseable proporcionar un sistema mejorado para transferir calor de circuito refrigerante rechazado a líquido almacenado el cual eliminó,
o por lo menos redujo sustancialmente los problemas, limitaciones y desventajas mencionadas en lo anterior asociadas con los sistemas de transferencia de calor de circuito refrigerante previamente propuesto del tipo generalmente descrito en lo anterior. También seria deseable proporcionar un sistema calentador de agua basado en circuito refrigerante que podría utilizar selectivamente una variable de uno de dos combustibles separados para llevar a cabo su función de calentamiento de agua. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Al llevar a cabo los principios de la presente invención, de acuerdo con modalidades representativamente ilustradas de la misma, se proporciona un aparato espacialmente diseñado para calentar un líquido utilizando ya sea combustible inflamable o electricidad. Ilustrativamente, el aparato se utiliza para calentar agua, pero podría ser alternativamente utilizado para calentar otros líquidos sin apartarse de los principios de la presente invención. En una modalidad representativamente ilustrada del mismo, el aparato incluye un calentador de líquido caldeado con combustible, representativamente un calentador de agua, que tiene un tanque para almacenar líquido para la salida selectiva del tanque, un quemador de combustible operativo para crear gases de combustión calientes, y un tubo a presión, que se extiende a través del interior del tanque,
para recibir los gases de combustión calientes y transferir el calor de los mismos al liquido dispuesto en el tanque. El aparato además incluye un circuito refrigerante de acondicionamiento de aire eléctricamente accionado que tiene una porción condensadora que incluye una estructura de tubería dispuesta en una porción interior del calentador de líquido y operativa para transferir calor de la porción condensadora rechazado al líquido en el tanque durante la operación del circuito de acondicionamiento de aire. De acuerdo a un aspecto de la invención, la porción calentadora del líquido interior dentro de la cual la estructura de tubería de porción condensadora se dispone en un espacio de aislamiento entre una porción de chaqueta exterior del calentador de líquido y una porción de superficie exterior del tanque espaciado hacia adentro de la chaqueta, y la estructura de tubería está en contacto de transferencia de calor directo con la superficie del tanque exterior. Preferiblemente, la estructura de tubería está en una configuración de serpentín que circunscribe un eje del tanque . De acuerdo con un aspecto adicional de la invención, la porción calentadora de líquido interior dentro de la cual la estructura de tubería de porción condensadora está dispuesta es el' interior del tanque. Preferiblemente, la estructura de tubería en esta modalidad se enrolla alrededor
del tubo a presión, que se extiende ilustrativamente a lo largo del eje mencionado en lo anterior, en una relación espaciada lateralmente hacia afuera con el mismo. De acuerdo a todavía otro aspecto de la invención, la estructura de tubería de serpentín que circunda el tubo a presión es soportada sobre el mismo por una estructura de soportes especialmente diseñada que define una barrera de conducción de calor entre el tubo a presión y la estructura de tubería de serpentín. Preferiblemente, la estructura de soporte incluye una serie circunferencialmente espaciada de miembros aislantes térmicamente alargados, que se extienden longitudinalmente de manera general en paralelo al tubo a presión, que es contenido radialmente hacia afuera de tubo a presión, alrededor del cual la estructura de tubería se enrolla, con cada serpentín de la estructura de tubería que se coloca entre pares espaciados de proyecciones de soporte laterales dispuestos sobre los miembros aislantes térmicamente alargados. De acuerdo con otro aspecto de la invención los componentes no condensadores de circuito refrigerante de acondicionamiento de aire, que incluyen su compresor, porciones de expansión y evaporadoras , se empacan compactamente con la porción calentadora de líquido del sistema completo en varias maneras representativas. Ilustrativamente, el calentador de líquido tiene un
alojamiento soportado sobre el mismo y tiene orificios de entrada y salida espaciados en el mismo a través de los cuales el aire se puede recibir y descargar respectivamente, con por lo menos la porción compresora de circuito de acondicionamiento de aire que se dispone en el alojamiento. En una versión representativa de este aspecto de empaquetamiento compacto de la invención, la porción evaporadora del circuito se monta encima del exterior del calentador de agua de alojamiento mencionado en lo anterior. De acuerdo a todavía otro aspecto de la invención, se proporciona un sistema de control que es operable para permitir selectivamente (1) la operación del quemador de combustible y cerrar la operación del circuito refrigerante, u (2) operar el circuito refrigerante y excluir la operación del quemador de combustible. El sistema de control puede incluir un sensor de temperatura exterior operativo para sacar una señal de temperatura cuando la temperatura exterior detectada está abajo de una magnitud predeterminada, con el sistema de control que es operable adicionalmente para cerrar la operación del circuito refrigerante en respuesta a la generación de tal señal de temperatura. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La FIG. 1 es un diagrama de circuito esquemático de un sistema calentador de agua basado en circuito de acondicionamiento de aire, de combustible doble que involucra
los principios de la presente invención: la FIG. 2 es una vista en detalle transversal de escala agrandada del área de guiones "2" en la FIG. 1; la FIG. 3 es una vista de sección transversal a escala agrandada a través de una porción de tubo a presión y de serpentín condensador del calentador de agua tomada a lo largo de la línea 3-3 de la FIG. 2 ; la FIG. 4 es una vista en elevación lateral de la porción de tubo a presión y de serpentín condensador tomada a lo largo de la línea 4-4 de la FIG. 3; la FIG. 5 es una vista en detalle de sección transversal, similar a aquella en la FIG. 2, de una primera modalidad alterna del calentador de agua; la FIG. 6 es una vista en elevación lateral simplificada de una porción superior de una segunda modalidad alterna del calentador de agua; la FIG. 7 es una vista de sección transversal a través del calentador de agua de la FIG. 6 tomada a lo largo de la línea 7-7 de la FIG. 6; la FIG. 8 es una vista en elevación lateral simplificada de una porción superior de una tercera modalidad alterna del calentador de agua; la FIG. 9 es una vista de sección transversal simplificada a través del calentador de agua de la FIG. 8 tomada a lo largo de la línea 9-9 de la FIG. 8;
la FIG. 10 es una vista en elevación lateral simplificada de una porción superior de una cuarta modalidad alterna del calentador de agua; la FIG. 11 es una vista en planta superior a través del calentador de agua de la FIG. 10 tomada a lo largo de la linea 11-11 de la FIG. 10; y la FIG. 12 es un diagrama de circuito esquemático de un sistema de control que se puede utilizar con cualquiera de las modalidades del calentador de agua representativamente representadas y sus circuitos de acondicionamiento de aire asociados . DESCRIPCIÓN DETALLADA Con referencia in'icialmente a las FIGS. 1 y 2, en una modalidad representativamente ilustrada de las mismas, la presente invención proporciona un sistema calentador de agua basado en circuito de acondicionamiento de aire de combustible doble especialmente diseñado 10 que incluye un calentador de agua caldeado con combustible 12, representativamente un calentador caldeado con gas, y un circuito refrigerante de acondicionamiento de aire eléctricamente accionado 14 incorporado únicamente en el calentador de agua 12 como se describe después en la presente. Como será observado, el calentador de agua 12 se puede operar ventajosamente utilizando ya sea un combustible inflamable o energía eléctrica. Mientras que la presente
invención está siendo representativamente ilustrada y descrita en la presente como que se implementa en conjunción con un calentador de agua, será fácilmente apreciado por aquellos de habilidad en esta técnica particular que los principios de la invención podrían ser empleados para tomar ventaja en conjunción con el aparato para calentar líquidos diferentes al agua. El calentador de agua 12 tiene una configuración verticalmente orientada, representativamente cilindrica centrada alrededor de un eje vertical 16, y tiene extremos superior y de fondo 18, 20 espaciados a lo largo del eje 16. Un tanque de almacenamiento de metal 22 se extiende hacia abajo desde el extremo superior adyacente 18 del calentador de agua 12 y tiene una pared de fondo de domo 24 y una porción de pared lateral exterior anular que se extiende verticalmente 26. Una cantidad de agua caliente presürizada 28 se dispone dentro del tanque 22 para el suministro en demanda a varios accesorios de plomería por la vía de un tubo de salida de agua caliente 30 conectado al extremo superior del tanque 22. El agua caliente descargada del tanque 22 de esta manera se reabastece automáticamente con el agua de suministro presurizada que fluye hacia adentro a través de un tubo de entrada de agua 31 conectado al extremo superior del tanque 22. La pared de tanque de fondo 24 forma la pared
superior de una cámara de combustión subyacente 32 que está en comunicación térmica con el interior del tanque 22 y tiene operativamente dispuesto en el mismo un quemador de combustible 34 que es representativamente un quemador de gas suministrado con un combustible por la vía de una linea de suministro de gas adecuado 36. Un tubo a presión 38 se comunica en su extremo inferior con el interior de la cámara de combustión 32 y se extiende desde la cámara de combustión 32 hacia arriba a través del interior del tanque 22 a lo largo de su eje 16. Durante el encendido de calentador de agua 12, el cual puede ser de un tipo de corriente de aire natural y de corriente de aire forzada, el combustible suministrado al quemador 34 se mezcla con el aire de combustión 40 suministrado adecuadamente a la cámara de combustión 32 y se quema para formar productos de combustión calientes 42 que pasan hacia arriba a través y se descargan desde el tubo a presión 38. El calor de los productos de combustión 42 que atraviesa hacia arriba el tubo a presión 38 se transfiere al agua del tanque 28 para calentarla. Circundando hacia afuera el tanque 22 está una chaqueta de metal 44 que forma con la pared lateral exterior 26 del tanque 22 un espacio de aislamiento anular 46. El espacio de aislamiento 46, que define una porción interior del calentador de agua 12, se llena con un material de aislamiento adecuado 48 el cual puede ser, por ejemplo,
aislamiento en espumado. El circuito refrigerante de acondicionamiento de aire eléctricamente accionado 14 incluye un compresor 50, una porción condensadora 52, una válvula de expansión 54 y un evaporador 56 con un ventilador evaporador asociado 58. El compresor 50 se acopla a la válvula de expansión 54 mediante una longitud de tubería refrigerante 60 que se extiende entre la salida del compresor 50 y la entrada de la válvula de expansión 54. La porción condensadora 52, que se interpone entre el compresor 50 y la válvula de expansión 54, es definida por una porción de serpentín central 62 de la tubería refrigerante 60. La salida de la válvula de expansión 54 se acopla a la entrada del evaporador 56 mediante una longitud de la tubería refrigerante 64, y la salida del evaporador de acopla a la entrada del compresor 50 mediante una longitud de la tubería refrigerante 66. Como se indica por las flechas de la tubería en la FIG. 1, durante la operación del circuito refrigerante 14, el refrigerante se descarga del compresor 50 por la vía de la tubería 60, y luego se lleva a través de la porción de condensación 62, la válvula de expansión 54 y de regreso a la entrada del compresor 50 secuencialmente por la vía de las secciones de tubería refrigerante 60, 64, 66. Durante la operación eléctricamente accionada del circuito refrigerante de acondicionamiento de aire 14, el refrigerante de circulación
descarga calor de la porción condensadora 42, y el aire 68 es soplado por el ventilador 58 a través del evaporador 56, y se enfria para de esta manera, suministrar un espacio condicionado servido por el circuito 14. Con referencia ahora a las FIGS. 2-4, de acuerdo a una característica de la presente invención, la porción condensadora de tubo de serpentín 52 se dispone compactamente dentro de una porción interior del calentador de agua 12-aproximadamente el interior del tanque 22 el cual la porción condensador 52 circunscribe el tubo a presión 38 (y así al eje 16 también) en una relación espaciada lateralmente hacia afuera con el mismo. La porción condensadora de serpentín 52 es soportada en tal relación espaciada lateralmente hacia afuera con el tubo a presión 38 mediante una estructura de soportes especialmente diseñada 70 que aisla térmicamente la sección de tubería condensadora de serpentín 62 de la alta temperatura del tubo a presión 38 cuando el calentador de agua 12 está siendo caldeado con combustible. Cuando el circuito de acondicionamiento de aire 14 está siendo operado eléctricamente, el calor refrigerante rechazado de la sección de tubo de serpentín 62 de la porción condensadora de circuito 52 se transfiere directamente al agua del tanque circundante 28 para calentar el agua. La estructura de soporte 70, la cual forma una barrera de conducción de calor entre la sección de tubería
refrigerante de serpentín 62 y el tubo a presión 38, incluye representativamente flechas verticales circunferencialmente espaciadas de los puntales de metal de proyección radialmente hacia afuera 72 soldados a la pared lateral vertical del tubo a presión 38. Los extremos exteriores de los puntales 72 se fijan a una serie circunferencialmente espaciados de miembros de soporte verticalmente alargados 72 que son formados de un material térmicamente aislante que es representativamente un material de cerámica. Una serie de proyecciones .verticalmente espaciadas 76 se forman sobre el lado exterior de cada uno de los miembros de soporte 74. Como mejor se ilustra en la FIG. 4, cada serpentín de la sección de tubo condensador de tubo 62 se envuelve alrededor de los lados exteriores de los miembros de soporte verticalmente alargados 74 entre un par verticalmente adyacente de proyecciones 76, tales proyecciones 76 que sirven para soportar' verticalmente los serpentines de la sección de tubo 62 así como para definir los espacios 78 (ver FIG. 4) entre los serpentines de tubería adyacentes para facilitar el contacto del agua con el tubo a presión 38, y el flujo de agua conectivo lateralmente a través de la sección de tubo de serpentín 62, cuando el calentador de agua 12 está siendo caldeado con combustible. El sistema de combustible doble únicamente configurado 10 precisamente descrito permite ya sea el combustible inflamable o la energía eléctrica a ser utilizada
para calentar el agua 28 en el tanque de almacenamiento del calentador de agua 22. Al apagar el calentador de agua 12 (lo cual previene el encendido de su quemador de combustible 34) y enciende el circuito refrigerante de aire de condicionamiento de aire 14, la energía eléctrica se utiliza por la vía del rechazo de la porción del condensador de calor al agua 28. Por otra parte, al apagar el circuito refrigerante 14 y encender el calentador de agua 12, el combustible inflamable se puede utilizar por la vía del encendido del quemador de combustible 34. De esta manera, el usuario de sistema 10 podría utilizar un combustible cuando el otro combustible está en una proporción más alta, o tal otro combustible está sobre una base de uso restringida tal como algunas veces ocurre en ciertas áreas de los Estados Unidos. El circuito refrigerante de acondicionamiento de aire ilustrado 14 es representativamente un circuito solamente de enfriamiento, pero un tipo de bomba de calor reversible de circuito refrigerante podría ser alternativamente utilizada si se desea. Con referencia ahora a la FIG. 12, un sistema de control simple 80 se puede utilizar representativamente para seleccionar entre el calentamiento de agua eléctricamente accionado y caldeado con combustible en el sistema 10. El sistema 80 incluye un controlador eléctrico adecuado 82 apropiadamente acoplado al calentador de agua caldeado con
combustible 12 y el circuito de acondicionamiento de aire 14. El controlador 82 tiene una porción de cambio manual 84 movible entre (1) una posición "WH" en la cual el controlador 82 permite al sistema de control convencional del calentador de agua 12 (no ilustrado) inicia la operación del calentador de agua caldeado con combustible normal, y cierra la operación del circuito de acondicionamiento de aire 14, y (2) una posición "AC" en la cual la operación del circuito 14 se inicia y la operación caldeada por combustible del calentador de agua 12 se cierra. El sistema de control 80 también puede incluir un termostato 82 que detecta la temperatura exterior y transmite responsivamente al controlador 82 una señal de temperatura 88 cuando la temperatura exterior detectada cae abajo de un nivel de punto de referencia predeterminado. En respuesta a la recepción de la señal 88, el controlador 82 cierra la operación del circuito de acondicionamiento de aire 14 y permite al calentador de agua 12 operar bajo su modo caldeado con combustible normal. Se representa de manera de sección transversal en la FIG. 5 una porción superior de una primera modalidad alterna 12a de la porción de calentador de agua previamente descrito 12 del sistema de combustible doble total 10. El calentador de agua 12a es representativamente idéntico al calentador de agua 12 con la excepción de que la sección de tubería refrigerante de serpentín 62 de la porción
condensadora del circuito de acondicionamiento de aire 52, en lugar de ser enrollado alrededor del tubo a presión 38, se dispone dentro del espacio de aislamiento de chaqueta 46 (una porción interior del calentador de agua 12a) y enrollado alrededor de la superficie exterior de la pared lateral del tanque 26 (y asi alrededor del eje 16) en contacto conductor de calor directo con la superficie exterior de la pared del tanque 26. Cuando el sistema 10 se cambia a su modo de energía eléctrica, el calor refrigerante rechazado de la sección condensadora de serpentín 62 se transfiere conductivamente hacia adentro a través de la pared del tanque 26 a el agua almacenada 28 es que circunda. Como en el caso del calentador de agua previamente descrito 12, el calentador de agua 12a puede ser ya sea un calentador de agua de corriente de aire natural o de corriente de aire forzada. Una porción superior de una segunda modalidad alterna 12b de la porción de calentador de agua previamente descrito 12 del sistema de combustible doble 10 se muestra esquemáticamente en las FIGS. 6 y 7. EL calentador de agua 12b puede incorporar en una porción interior del mismo la sección de tubería condensadora del circuito de acondicionamiento de aire de serpentín 62 como se utiliza en cualquiera de las modalidades de calentador de agua previamente descrita 12 y 12a, y proporciona adicionalmente un arreglo compacto de los componentes no de condensador del
circuito de acondicionamiento de aire, como será ahora descrito . En el calentador de agua 12b el tubo a presión 38 y los tubos de salida y entrada de agua 30, 31 salen del calentador de agua sobre las porciones laterales del mismo de alguna manera abajo de su extremo superior 18. Encima del extremo superior 18 del calentador de agua 12b está un alojamiento 90 en el cual el compresor 50, la válvula de expansión 54, y el evaporador 56 y el ventilador de evaporador 58 están dispuestos. El acceso al interior del alojamiento 90 se puede proporcionar por la vía de una placa de cubierta de acceso pivotable hacia arriba 92 sobre la parte superior del alojamiento 90. Una rejilla de entrada de aire 94 es montada en una abertura en una porción lateral vertical del alojamiento 90, y una rejilla de salida de aire 96 es montada en una abertura en una porción lateral vertical opuesta del alojamiento 90. Durante la operación del circuito 14, el aire ambiental 98 adyacente al calentador de agua 12b se retira en el alojamiento 90 a través de la- rejilla de entrada 94, mediante la operación del ventilador de evaporador 58, se fluye a través del evaporador 56 para enfriar el aire, y luego, se descarga como aire enfriado 98 de la rejilla de salida 96 a un espacio acondicionado. Tal espacio acondicionado puede estar cerca del calentador de agua 12b o remoto del mismo. Como en el caso de los
calentadores de agua previamente descritos 12, 12a, el calentador de agua 12b puede ser ya sea un calentador de agua de corriente de aire natural o de corriente de aire forzado. Una porción superior de una tercera modalidad alterna 12c de la porción de calentador de agua previamente descrito 12 del sistema de combústible doble 10 se muestra esquemáticamente en las FIGS. 8 y 9. El calentador de agua 12c puede incorporar en una porción interior del mismo la sección de tubería condensadora de circuito de acondicionamiento de aire de serpentín 62 como se utiliza en cualquiera de las modalidades de calentador de agua previamente descritas 12, 12a y 12b. El calentador de agua 12c es similar al calentador de agua previamente descrito 12b con la excepción de que (1) las tuberías de entrada y salida de agua 30, 31 y el tubo a presión 38 salen del calentador de agua 12c a través de su extremo superior 18, y (2) el alojamiento 90 sobre el extremo superior 18 del calentador de agua 12b se elimina y se reemplaza con un alojamiento 100 asegurado a la pared lateral de chaqueta vertical 44 sobre el calentador de agua 12c. Como es representado esquemáticamente en la FIG. 9, el compresor, la válvula de expansión, el evaporador y las porciones de ventilador del evaporador 50. 54, 56, 58 del circuito refrigerante 14 se disponen dentro del alojamiento 100. Durante la operación de circuito refrigerante 14, el aire 98 adyacente al alojamiento 100 se
fluye por el ventilador evaporador 58 secuencialmente en el alojamiento 100 a través de una rejilla de entrada de aire 102 sobre el mismo, a través del evaporador 56, y luego hacia afuera a través de una rejilla de salida de aire 104 sobre el alojamiento 100 como aire enfriado 98. Como en el caso de los calentadores de agua previamente descritos 12-12b, el calentador de agua 12c puede ser ya sea un calentador de agua de corriente de aire natural o de corriente de aire forzado. Una porción superior de una cuarta modalidad alterna 12b de la porción de calentador de agua previamente descrito 12 del sistema de combustible doble 10 se muestra esquemáticamente en las FIGS. 10 y 11. El calentador de agua 12b es similar al calentador de agua previamente descrito 12c con la excepción de que solo el compresor 5 se dispone dentro del alojamiento 100 - la válvula de expansión, el evaporador, y las porciones de ventilador evaporador 54, 56, 58 del circuito refrigerante 14 que se dispone dentro de un alojamiento 106 soportado como se muestra sobre el extremo del calentador de agua superior 18, en una relación elevada con el mismo, mediante patas de soporte adecuados 108. El alojamiento 106 tiene un par de rejillas de entrada de aire 110 sobre el mismo, y es conectado a un conducto de suministro de aire enfriado 112. Durante la operación del circuito 14, el ventilador de operador 58 fluye secuencialmente el aire adyacente en el alojamiento 106 a
través de las rejillas de entrada de aire 110, a través del evaporador 56, y luego hacia afuera a través del conducto 112, como aire enfriado 98, a un espacio acondicionado servido por el circuito 14. Como en el caso de los calentadores de agua previamente descritos 12-12c, el calentador de agua 12d puede ser ya sea un calentador de agua de corriente de aire natural o de corriente de aire forzado. Como será fácilmente apreciado por aquellos de habilidad en esta técnica particular, cualquiera de los calentadores de agua 12a-12d se pueden controlar utilizando el sistema de control 80 (ver FIG. 12) previamente descrito en conjunción con el calentador de agua 12. Como se puede observar a partir de lo anterior, en modalidades representativamente ilustradas de lo mismo la presente invención proporciona un sistema calentador de liquido que puede utilizar ya sea energía eléctrica o combustible inflamable como su fuente de energía, puede ser simple y fácilmente controlado, empaca compactamente su porción de circuito refrigerante de acondicionamiento de aire en la porción calentadora de agua del sistema, y es de una construcción mecánicamente simple. La descripción detallada anterior es claramente entendida como que es dada a modo de ilustración y de ejemplo solamente, el espíritu y alcance de la presente invención se limitan mente por las reivindióaciones adjuntas.