MX2011012113A

MX2011012113A - Metodos mejorados para fluidos de calefaccion.

Info

Publication number: MX2011012113A
Application number: MX2011012113A
Authority: MX
Inventors: Russell Wayne Kimmins; Peter Damien Hurley
Original assignee: Cosmos Solar Pty Ltd
Priority date: 2009-05-14
Filing date: 2010-05-13
Publication date: 2012-01-20
Also published as: US20120055917A1; EP2430879B1; SG175930A1; EP2430879A1; US10420174B2; JP5839327B2; NZ596112A; JP2012527062A; AU2010246914A1; CA2759052A1; KR101709805B1; CN103968551A; WO2010130004A8; WO2010130004A1; ZA201108747B; EP2430879A4; CN102428749A; KR20120016276A; CA2759052C

Abstract

El presente invento proporciona un método de calentar fluidos que comprende: a. suministrar una fuente de energía de alto voltaje de por lo menos 100V; b. transformar dicho alto voltaje a bajo voltaje; y c. calentar un elemento con dicho bajo voltaje calentando por medio de ello un fluido. Preferentemente, el elemento no tiene aislamiento. Preferentemente, el elemento está aislado o aislado parcialmente. Preferentemente, el elemento está formado de aleación de níquel y cromo u otras aleaciones. Preferentemente, el elemento comprende substancialmente 80% de níquel y 20% de cromo u otras aleaciones. Preferentemente, el fluido es un líquido o un gas. Preferentemente, el líquido es agua. Preferentemente, el líquido es glicol de propileno. Preferentemente, el gas es aire. Preferentemente, la temperatura del elemento se eleva a por lo menos 400 ° C. Preferentemente, la temperatura del elemento se incrementa entre 400 ° C y 1700 ° C. Preferentemente, la temperatura del elemento se incrementa entre 700 ° C y 1700 ° C. Preferentemente, el elemento se incrementa entre 1200 ° C y 1700 ° C. Preferentemente, el elemento es en la forma de un alambre. Preferentemente, el diámetro del cable es entre 0.2-4 mm. En otro aspecto, el invento proporciona un ensamble de calefacción para calentar sistemas de agua caliente que consisten en un elemento cableado sin aislamiento que funciona en extra bajo voltaje donde la temperatura del elemento excede 800 ° C. Preferentemente, el ensamble de calefacción o método de acuerdo con el presente invento se usa en embarcaciones. Preferentemente, el ensamble de calefacción comprende una selección de interruptores para uso de CA y CD. En otro aspecto, el invento proporciona un método para calentar agua que consiste en: a. suministrar una fuente de energía de alto voltaje de por lo menos 100V; b. transformar dicho alto voltaje a bajo voltaje; y c. calentar un elemento sin aislar con dio bajo voltaje calentando por medio de ello el agua. Preferentemente, el bajo voltaje varía de aproximadamente 22V a 28V. El invento utiliza un elemento de calefacción sin aislar que opera en menos de 42V e idealmente alrededor de 24V para calefacción segura y eficiente de los fluidos.

Description

MÉTODOS MEJORADOS PARA FLUIDOS DE CALEFACCIÓN CAMPO TÉCNICO El invento se relaciona con los métodos mejorados de calefacción de fluidos, tales como agua o aire.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los consumidores se están volviendo más conscientes sobre la protección de nuestro ambiente. El gobierno y las industrias privadas están intentando proporcionar mejores productos que cumplan con las demandas y preocupaciones del consumidor. El consumo de energía es uno de los puntos focales prominentes en el debate ambiental y se han propuesto varios proyectos y productos para reducir tal consumo. Una de las maneras de reducir el consumo de energía es proporcionar métodos más eficientes para los fluidos de calefacción, en particular para uso en aplicaciones domésticas, industriales, agrícolas y comerciales .

Los métodos de calefacción para fluidos por lo general incluyen un elemento de calefacción que está integrado dentro de un dispositivo aislado y el cual entonces transfiere calor por medio de una variedad de métodos que incluyen radiación, convección o conductancia a una superficie de emisión. El elemento de calefacción en tales dispositivos por lo general se estila que sean una banda o un alambre hechos de una aleación que contiene níquel y/o cromo. Sin embargo, tales elementos en operación presentan un problema de seguridad debido al riesgo de electrocución para el usuario. Para eliminar este riesgo, el elemento por 1?· general tiene una capa de aislamiento alrededor del cable del elemento y un recubrimiento de protección alrededor de este aislamiento. Toma cierto tiempo para que estas capas adicionales se calienten lo que reduce la eficiencia.

Por lo tanto sería conveniente proporcionar métodos de calefacción más seguros y más eficientes para los fluidos. Una representación del presente invento proporciona un elemento de calefacción sin aislamiento aunque seguro que funcione en bajos voltajes. Para evitar riesgos de choque eléctrico, el "bajo voltaje" para propósitos de este invento, varía (dependiendo de la aplicación) entre IV y 42V, e idealmente alrededor de aproximadamente 2 V.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura' 1 muestra un diagrama de circuito de la presentación preferida del invento.

La Figura 2 muestra un elemento de calefacción sin aislar de acuerdo al invento diseñado para inmersión en liquido .

DEFINICIONES Para propósitos de esta aplicación, las siguientes definiciones aplican a varios términos: "bajo voltaje" significa entre IV y 42V, e idealmente dentro de un rango de aproximadamente 22V a 28V, con un voltaje preferible de aproximadamente 24V.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Como se muestra en la figura 1, la presentación preferida del invento permite una entrada de ya sea 120V o 240V CA (10) . Estos voltajes CA son típicos de un tomacorriente eléctrico estándar (dependiendo del país) . De manera alterna, la presentación preferida del invento acepta una entrada de 24V CD (12), por ejemplo, un panel solar o batería.

En la presentación preferida, se pueden usar múltiples fuentes de energía. Si hay varias fuentes de energía disponibles, se puede usar un interruptor selector remoto (1$) para cambiar entre las fuentes de entrada de energía usando la tarjeta de control (16) y relevadores de cambio (18). Otras fuentes dentro del alcance del invento incluyen CD/fotovoltáico, alternadores, turbinas de viento, intercambio de calor y otras fuentes de energía eléctrica.

Si se usa un voltaje CA mayor a 42V, se usa el transformador (20) para disminuir el voltaje a menos de 42V, e idealmente dentro de un rango de aproximadamente 22V a 28V, con una presentación preferida alrededor de 24V. La presentación preferida usa un transformador toroidal, pero las alternativas serían obvias para alguien con experiencia en la materia, tales como transformadores de disminución y suministros de energía de modo de interruptor. Sin importar la entrada eléctrica usada, se suministra bajo voltaje (en la presentación preferida de la figura 1), aproximadamente de 24V al elemento de calefacción sin aislamiento (24).

Debido a que el invento usa bajo voltaje para el elemento de calefacción (24), el elemento de calefacción es mucho más seguro que los que operan a partir de fuentes de mayor voltaje convencionales. Además, ya que la corriente ingresa al elemento de calefacción determina predominantemente la cantidad de calor emitido/generado desde el elemento sin aislamiento (24), y no el voltaje, usar bajo voltaje es más eficiente. Ya que la entrada de Watts en el sistema (que permanece constante) dividido entre el voltaje determina la corriente (en amperes), disminuir las fuentes de entrada de alto voltaje por medio del transformador (20) incrementa la eficiencia eléctrica, tal como desde las salidas eléctricas estándar. Esta eficiencia, más la capacidad de usar un elemento de calefacción sin aislamiento (24) debido a la seguridad del suministro de energía de bajo voltaje, significa que el uso del invento permite que el usuario caliente fluidos con seguridad mientras disminuye el consumo de energía.

En la presentación preferida de la Figura 1, el elemento de calefacción (24) consiste en una aleación de níquel y cromo y otra aleación. En una presentación, el elemento de calefacción consiste substancialmente en 80% níquel y 20% cromo u otra aleación. El elemento de calefacción puede estar constituido de otras composiciones de metal conocidas en el campo que incluyen composiciones de aleación que incluyen aproximadamente 40% níquel y 21% cromo, conocidas comúnmente como Incoloy®. Las diferentes composiciones del elemento de calefacción (24) serian aparentes para alguien con experiencia en la materia y están dentro del alcance del invento .

En una presentación preferida, el elemento de calefacción (24) está en la forma de una bobina, alambre o cinta sin aislamiento, aunque otras muchas formas para el elemento de calefacción (24) son posibles y están dentro del alcance del invento, siempre y cuando el material sea capaz de soportar altas temperaturas.

En la presentación preferida de la Figura 1, la temperatura del elemento de calefacción (24) se incrementa a por lo menos 400 0 C. Dependiendo de la aplicación (y el fluido calentado) la temperatura del elemento puede estar entre 700 ° y 1700 ° C.

Como se muestra en la presentación preferida de la Figura 1, el tanque de fluido (30) puede ser de cualquier tamaño, incluyendo el tamaño de tanques domésticos disponibles en el mercado. Los tanques incluyen capacidades que varían desde 25 litros (1) a 2000 litros, por lo general 25 1, 50 1, 200 1, 250 1 y 500 1. Generalmente, el tanque de fluido (30) está hecho de acero suave con un recubrimiento de esmalte de porcelana, plástico o acero inoxidable. Sin embargo, se pueden usar otros materiales adecuados tales como aleaciones de cromo/titanio para la construcción de los tanques, incluyendo tanques de agua. Muchas alternativas en capacidad y composición para el tanque de fluido (30) serian aparentes para alguien con experiencia en el campo, y están dentro del alcance del invento.

Los fluidos calentados por el elemento de calefacción (24) incluyen agua, pero se pueden usar otros fluidos tales como glicol y sus derivados (incluyendo glicol de propileno) . Además, resultarla aparente para alguien con experiencia en el campo que el invento se podría usar con fluidos tales como aire y otros gases también .

Como se muestra en la presentación preferida de la Figura 1, el fluido en el tanque (3) se calienta por medio de un elemento de calefacción (24) . En la presentación preferida de la figura 1, el termostato (32), junto con los conductores del termostato (34) y la tarjeta de control (16) regulan la temperatura del fluido en el tanque (3). El termostato (32) puede usar controles análogos o digitales, y puede ser programable.

Como se muestra en la presentación preferida de la Figura 1, el fluido frío entra al tanque (30) por medio de la abertura (26) mientras que se elimina el fluido caliente del tanque (30) por medio de la abertura (28). El fluido se puede mover dentro y fuera del tanque (30) por cualquier medio, incluyendo convección. El invento también cubriría métodos de calefacción cerrados.

En la presentación preferida, se muestra el elemento de calefacción en la Figura 2. Las Terminales (1) se conectan a un suministro de energía de extra bajo voltaje, lo que causa que el elemento (4) se caliente. Las clavijas frías (3) evitan el calentamiento de las terminales (1) . El brazo de soporte (5) es ya sea una varilla o un tubo y soporta los bujes de cerámica (6) que a su vez soportan el elemento (4). El buje roscado (2) se atornilla en el alojamiento, o comprime otros medios de fijación disponibles en el campo tales como una brida.

Como un ejemplo, se discute el suministro de energía sado para el sistema de agua caliente de 50 litros CA/CD marino con provisión para conexión de intercambio de calor al sistema de enfriamiento de motor.

El interruptor selector remoto (1) para CA y (2) para CD, permite que el usuario seleccione ya sea usar sistemas de energía / generador de muelle o de alternador / batería dependiendo en la disponibilidad. El elemento descrito anteriormente se instala en la base del tanque y se conecta tanto a la red eléctrica principal y a la batería por medio del paquete de energía. El selector elije automáticamente elije la red eléctrica / energía de muelle cuando esté disponible. Incluida en el paquete de suministro de energía hay una tarjeta de circuito impreso para proteger el invento contra voltajes temporales (quemaduras, etc.). Además, el ensamble incluye indicadores LED y alarmas audibles para detección de fallas. Este ejemplo es sólo uno de los usos de los elementos no aislados de extra bajo voltaje. El paquete de energía está montado lejos de cualquier drenaje o acceso de agua y el tanque puede operar incluso sumergido sin problemas de seguridad. Sumergir un sistema de agua caliente energizado con la red eléctrica inmediatamente dejaría el agua viva y no haría corto circuito, lesionando o matando a cualquier que permanezca en el agua si no está protegido adecuadamente .

Por lo tanto, el presente invento es adecuado para calentar un sistema de agua para usos domésticos, públicos y comerciales. El uso doméstico incluye calentar el agua en sistemas de calefacción de agua domésticos en alojamientos privados y públicos. Los alojamientos públicos incluyen alojamientos pequeños a medianos tales como moteles y sitios para acampar. Las aplicaciones comerciales incluyen el uso en la industria marina y en sitios de minería. En los sitios de minería, el sistema de calefacción de acuerdo a este invento reduce la carga en los generadores.

El presente invento puede ser adecuado para uso en sistemas de calefacción existentes. Los sistemas existentes puede retro-equiparse fácil y económicamente usando los métodos descritos en el presente. Además, el suministro de energía y el elemento de calefacción se pueden retro-equipar con los servicios existentes para calentar aire, sistemas de agua caliente, spas, piscinas, tostadores, secadores de cabello, electrodomésticos incluyendo hornos, etc.

El presente invento también se puede usar para calentar aire, por ejemplo, para calentar aire en secadoras de ropa, hornos, rejillas y calefacción central. Por lo general estos productos usan altos voltajes (ya sea de 240V CA o 120 V CA, dependiendo del país) a partir de un tomacorriente eléctrico estándar, incluyendo suministro de energía trifásica para aplicación industrial.

En otra presentación, el invento proporciona un método de calentar un fluido que incluye calentar un elemento en bajo voltaje.

En otra presentación, el invento proporciona un método para calentar un fluido que incluye calentar un elemento aislado o parcialmente aislado a bajo voltaje.

En otra presentación, el invento proporciona un método para calentar agua que incluye calentar un elemento a bajo voltaje. El agua que se va a calentar se almacena en un sistema o tanque de agua caliente común, o está disponible instantáneamente para el consumidor.

El presente invento permite el uso de menores voltajes para el suministro de energía, incrementando con ello la eficiencia y proporcionando mayor seguridad eléctrica .

En otra presentación, el invento proporciona un método para calentar fluidos, tales como agua, que incluye la calefacción de un elemento aislado o parcialmente aislado en bajo voltaje. Así, los elementos aislados incluyen aislamiento eléctrico que encierre completamente el elemento. Los parcialmente aislados incluyen sólo una parte, por ejemplo un lado del elemento que esté aislado.

Otro aspecto del invento se relaciona con el calentamiento de productos agrícolas que incluye material de suelo o materiales que contengan tierra. La calefacción se puede lograr al calentar la humedad en el suelo o calentando el material del suelo en sí, de acuerdo con el invento como se describe anteriormente.

De otra manera, se debe entender que las presentaciones del invento descritas en el presente son únicamente ilustrativas de la aplicación de los principios del invento.

Claims

REIVINDICACIONES Las reivindicaciones que definen la invención son las siguientes:

1. Un método para calentar fluidos que incluye: a. suministrar una fuente de alto voltaje a bajo voltaje de por lo menos 100V; b. transformar dicho alto voltaje a bajo voltaje; y c. calentar un elemento con dicho bajo voltaje calentando por medio de ello un fluido.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1 donde el elemento no está aislado.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1 donde el elemento está aislado o parcialmente aislado.

4. El método de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 donde el elemento está formado substancialmente por 80% de níquel y 20% de cromo u otras aleaciones .

5. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 donde la temperatura del elemento se eleva a por lo menos 400 0 C.

6. El método de acuerdo con la reivindicación 5 donde la temperatura del elemento se incrementa entre 400 ° C y 1700 ° C.

7. El método de acuerdo con la reivindicación 6 donde la temperatura del elemento se incrementa entre 700 ° C y 1700 ° C.

8. El método de acuerdo a la reivindicación 7 donde la temperatura el elemento se incrementa entre 1200 0 C y 1700 0 C.

9. El método de acuerdo con la reivindicación 1 donde el elemento es en la forma de alambre.

10. El método de acuerdo con la reivindicación 9 donde el diámetro del cable está entre 0.2-4 mm.

11. Un ensamble de calefacción para calentar sistemas de agua caliente que consisten en un elemento cableado no aislado que opera en extra bajo voltaje donde la temperatura del elemento excede 800 ° C en donde el elemento está formado por níquel y aleación de cromo u otras aleaciones.

12. El método de acuerdo con la reivindicación 1 donde el fluido es un líquido o gas.

13. El método de acuerdo con la reivindicación 12 donde el líquido es agua.

14. El método de acuerdo con la reivindicación 13 donde el gas es aire.

15. El ensamble de calefacción o método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 al 13 para uso en embarcaciones marinas.

16. El ensamble de calefacción de acuerdo a la reivindicación 15 que consiste en una selección de interruptores para uso de CA y CD.

17. El ensamble de calefacción de acuerdo con la reivindicación 12 donde el líquido es glicol de propileno.

Un método de calentamiento de agua que consiste en a. suministrar una fuente de alto voltaje de por lo menos 100 V; b. transformar dicho alto voltaje a bajo voltaje; y c. calentar un elemento sin aislamiento con dicho bajo voltaje calentando por medio de ello el agua.

19. El método de acuerdo con la reivindicación 18 donde el bajo voltaje varia de aproximadamente 22V a 28V.

20. El método de acuerdo con la reivindicación 19 donde elemento cumple con aproximadamente 80% de níquel y 20% cromo .

21. El método de acuerdo con la reivindicación 20 donde 1 temperatura del elemento se incrementa a por lo menos 400 C. RESUMEN DE LA INVENCIÓN El presente invento proporciona un método de calentar fluidos que comprende: a. suministrar una fuente de energía de alto voltaje de por lo menos 100V; b. transformar dicho alto voltaje a bajo voltaje; y c. calentar un elemento con dicho bajo voltaje calentando por medio de ello un fluido. Preferentemente, el elemento no tiene aislamiento. Preferentemente, el elemento está aislado o aislado parcialmente . Preferentemente, el elemento está formado de aleación de níquel y cromo u otras aleaciones. Preferentemente, el elemento comprende substancialmente 80% de níquel y 20% de cromo u otras aleaciones. Preferentemente, el fluido es un líquido o un gas. Preferentemente, el líquido es agua. Preferentemente, el liquido es glicol de propileno. Preferentemente, el gas es aire. Preferentemente, la temperatura del elemento se eleva a por lo menos 400 ° C. Preferentemente, la temperatura del elemento se incrementa entre 400 ° C y 1700 0 C. Preferentemente, la temperatura del elemento se incrementa entre 700 0 C y 1700 ° C. Pre erentemente, el elemento se incrementa entre 1200 ° C y 1700 0 C. Preferentemente, el elemento es en la forma de un alambre. Preferentemente, el diámetro del cable es entre 0.2-4 mm. En otro aspecto, el invento proporciona un ensamble de calefacción para calentar sistemas de agua caliente que consisten en un elemento cableado sin aislamiento que funciona en extra bajo voltaje donde la temperatura del elemento excede 800 0 C. Preferentemente, el ensamble de calefacción o método de acuerdo con el presente invento se usa en embarcaciones. Preferentemente, el ensamble de calefacción comprende una selección de interruptores para uso de CA y CD. En otro aspecto, el invento proporciona un método para calentar agua que consiste en: a. suministrar una fuente de energia de alto voltaje de por lo menos 100V; b. transformar dicho alto voltaje a bajo voltaje; y c. calentar un elemento sin aislar con dio bajo voltaje calentando por medio de ello el agua. Preferentemente, el bajo voltaje varia de aproximadamente 22V a 28V. El invento utiliza un elemento de calefacción sin aislar que opera en menos de 42V e idealmente alrededor de 24V para calefacción segura y eficiente de los fluidos.