MX2013004478A

MX2013004478A - Calentador de agua de bomba de calor montado en base endotermica.

Info

Publication number: MX2013004478A
Application number: MX2013004478A
Authority: MX
Inventors: Paul D Mckim; Jeremy Lee Babb
Original assignee: Rheem Mfg Co
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2014-11-24
Also published as: US9157655B2; US20150300658A1; US20130287373A1; US9341384B2; MX341980B

Abstract

Un calentador de agua de bomba de calor endotérmica tiene un tanque de agua soportado en la parte superior de una base hueca, un circuito de bomba de calor que puede operar para proporcionar calor primario al agua en el tanque, y un elemento calefactor de resistencia eléctrica que puede operar para proporcionar calor secundario al agua. El circuito de bomba de calor incluye una tubería de refrigerante en la cual se conectan en serie un compresor dispuesto dentro de la base, un condensador en contacto externo de intercambio térmico con el tanque, un dispositivo de expansión de refrigerante, y un evaporador dispuesto dentro de la base. Un conducto vertical, externo al tanque, tiene una entrada adyacente al extremo de tanque superior, y un ventilador es operativo para hacer fluir aire secuencial e internamente por la entrada, descendentemente a través del conducto dentro de la base, a través del compresor, a través del evaporador y después externamente desde la base.

Description

CALENTADOR DE AGUA DE BOMBA DE CALOR MONTADO EN BASE ENDOTÉRMICA DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere generalmente a calentadores de agua y, en una modalidad representativamente ilustrada del mismo, de manera más particular se proporciona un calentador de agua de bomba de calor endotérmica especialmente diseñado.

Los calentadores de agua que incorporan, como una fuente de calor, un circuito de bomba de calor además de un sistema de calentamiento de agua del tipo encendido por combustible o de resistencia eléctrica se conoce en la técnica de calentamiento de agua. Aunque el circuito de bomba de calor, debido a su alta eficiencia térmica, se ha visto típicamente como una adición útil en aparatos de calentamiento de agua convencionales tales como elementos de calentamiento de resistencia eléctrica, se ha visto cómo una meta de diseño deseable mejorar en las aplicaciones de calentamiento de agua diversas características de los circuitos de bomba de calor convencionalmente construidos. Tales mejoras deseadas incluyen incrementar la conflabilidad y eficiencia térmica de tales circuitos de bomba de calor, reducir su generación de ruido, y reducir la transferencia de calor indeseable desde el tanque calentador de agua hasta el flujo de aire enfriado creado por la operación del circuito de bomba de calor. Es a este objetivo de diseño que se dirige principalmente la presente invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La FIGURA 1 es una vista en perspectiva del calentador de agua; la FIGURA 2 es una vista en perspectiva parcialmente en corte del calentador de agua; la FIGURA 3 es un diagrama del circuito esquemático de una porción de circuito de bomba de calor del calentador de agua; la FIGURA 4 es una vista en elevación lateral esquemática parcialmente en corte a escala agrandada del calentador de agua; y la FIGURA 5 es un diagrama de bloque esquemático de un sistema de control representativo para el calentador de agua . ¡ Con referencia inicialmente a las FIGURAS 1,: 2 y 4, la presente invención proporciona un calentador 10 de (agua de bomba de calor montado en la base endotérmica especialmente diseñada que tiene un tanque 12 de metal cilindrico verticalmente alargado dentro de una estructura 13 de camisa de metal aislada y montada encima de una base 14 cilindrica hueca que tiene una pluralidad circunferencialmente espaciada del miembro 16 de soporte separados alrededor de su periferia. Una cantidad de agua 18 presurizada para calentarse se almacena dentro del interior del tanque 12 para distribución sobre pedido a una variedad de accesorios de plomería que utilizan agua caliente tales como fregaderos, bañeras, lavavaj illas , regaderas y similares, mediante una salida 20 de agua caliente desde el extremo superior del tanque 12 (véase FIGURA 4) o una salida de agua caliente (no mostrada) desde una porción del lado superior del tanque 12. El agua caliente retirada del tanque de esta manera se reemplaza automáticamente por agua fría presurizada recibida desde una fuente adecuada, tal como un suministro de agua municipal, mediante una entrada 22 de agua fría sobre el extremo superior del tanque 12 (véase FIGURA 4) o una entrada de agua fría (no mostrada) en una porción del lado inferior del tanque 12.

Además de una fuente de calentamiento de agua primaria a base de una bomba de calor especialmente diseñada subsecuentemente descrita, para calentar el agua 18 el calentador 10 de agua se proporciona con una fuente secundaria de calor - ilustrativamente calor eléctrico -mediante uno o más elementos 24 de calentamiento eléctrico de tipo inmersión que se extienden como se muestra a través del interior del tanque 12. Alternativamente, la fuente de calor secundario podría ser una fuente encendida por combustible u otro tipo de bomba sin calor basada en la fuente de calentamiento de agua secundaria. Un sensor de temperatura adecuado tal como un termostato 26, se utiliza para controlar el elemento 24 de calentamiento.

Para los propósitos descritos más adelante en la presente, un conducto 28 verticalmente alargado se extiende externamente a lo largo de la camisa 13 de tanque y tiene un extremo 30 superior cerrado adyacente al extremo superior del calentador 10 de agua, y un extremo 32 inferior cerrado adyacente al extremo inferior del calentador 10 de agua. Las rejillas 34 de admisión de aire se colocan sobre los lados opuestos del extremo 30 del conducto superior, una abertura 36 de salida en el extremo 32 del conducto inferior se comunica con el interior de la base 14, y una rejilla 38 de salida de aire se dispone en una porción de pared lateral de la base 14 opuesta a la abertura 36 del conducto.

Regresando ahora a la FIGURA 3, un circuito 40 de bomba de calentamiento a base de refrigerante se incorpora únicamente en el calentador 10 de agua para proporcionarlo con una fuente de calentamiento de agua primario de energía eficiente. El circuito 40 incluye un compresor 42, un serpentín 44 del condensador, un dispositivo 46 de expansión de refrigerante (representativamente en la forma de una válvula de expansión) y un serpentín 48 del evaporador de panel plano con un ventilador 50 del evaporador accionado por motor asociado, conectado en serie como se muestra en la tubería 52 de refrigerante. Durante la operación del circuito 40, el refrigerante fluye a través de la tubería 52 en la dirección indicada por las flechas de flujo de tubería en la FIGURA 3.

Regresando a la FIGURA 4, una vista esquemática del calentador 10 de agua, el compresor 42 se dispone dentro de la base 14 hueca adyacente hacia dentro de la abertura 36 de salida del conducto, y el dispositivo 46 de expansión y el serpentín 48 del evaporador se colocan hacia dentro de la rejilla 38 de salida base a través del compresor 42. Como se ilustra, el serpentín 44 del condensador se define por la tubería 52 envuelta alrededor y en contacto con el tanque 12, de manera ilustrativa, una porción extrema inferior del mismo, por debajo de la estructura 13 de camisa.

Durante la operación del circuito 40 de la bomba de calor, el ventilador 50 del evaporador secuencialmente extrae el aire 54 ambiente adyacente al calentador de agua 10 secuencialmente en las rejillas 34 de admisión de aire, hacia abajo a través del conducto 28 externo, en el interior de la base 14 a través de la abertura 36 de salida del conducto y a través del compresor 42 para que se enfríe. El ventilador 50 del evaporador entonces fuerza secuencialmente el aire 54 a través del serpentín 48 del evaporador y hacia fuera a través de la rejilla 38 de la salida en la parte inferior del calentador 10 de agua. Otro tipo de ventilador adecuado podría utilizarse para mover el aire 54 desde la parte superior del calentador 10 de agua. A través del interior de la base 14 si se desea. El calor del refrigerante desde el serpentín 44 del condensador se transfiere al tanque de agua 18 a través del tanque 12, y el aire 54 se enfría por el serpentín 48 del evaporador antes de que fluya fuera del interior de la base 14 a través de la rejilla 38. La transferencia de calor desde el serpentín 44 del condensador hasta el tanque 12 puede mejorarse por la nivelación conveniente de la porción de la tubería 52 que forma el serpentín 44 y/o que utiliza una pasta térmica adecuada entre el serpentín 44 y el tanque 12.

La operación del elemento 24 de calentamiento eléctrico (véase FIGURA 4) y el sistema 40 de bomba dé calor (véase FIGURA 3) se regula como una función de la temperatura de agua del tanque, como se detecta de manera ilustrativa por el termostato 26, por un sistema 56 de control esquemáticamente representado mostrado en la FIGURA 5. El sistema 56 de control se conecta respectivamente al elemento 24 de calentamiento eléctrico, el termostato 26 y el sistema 40 de bomba de calor por los conductores 58, 60 y 62 de control. El sistema 56 de control, el cual no forma parte de la presente invención, energiza automáticamente el elemento 24 de calentamiento y/o el sistema 40 de bomba de calor, en una forma adecuada según se necesite para mantener el agua 18 del tanque a una temperatura predeterminada.

El diseño único del calentador 10 de agua proporciona una variedad de ventajas sobre los calentadores de agua mejorados por bomba de calor convencionalmente configurados. Por ejemplo, puesto que el serpentín 44 del condensador se dispone en una elevación mayor que el compresor 42, el aceite que regresa al compresor desde el serpentín 44 del condensador se acciona por gravedad, mejorando así la conflabilidad del compresor y el intercambio de calor. Adicionalmente , la elevación de las entradas 34 de aire adyacentes a la parte superior del calentador 10 de agua deseablemente proporcionan la capacidad para remover más calor del aire 54 que atraviesa el sistema de bomba dé calor en comparación con, por ejemplo, extraer el aire 54 al nivel del piso. El flujo de aire impulsado por el ventilador del evaporador a través de la base 14 al calentador de agua enfría el compresor 42 y suministra incluso aire más caliente al serpentín 48 del evaporador. Además, la orientación del tanque elevado reduce la transferencia de calor indeseable desde el tanque hasta el aire 54 enfriado descargado desde la base 14 del calentador de agua. Por otra parte, los componentes 42,50 de la bomba de calor generadores de ruido se encuentran aislados dentro de la base 14, reduciendo de este modo el ruido de funcionamiento del calentador 10 de agua cuando el circuito 40 de bomba de calor está funcionando.

La descripción detallada anterior se entenderá claramente como estando determinada a modo de ilustración y ejemplo solamente, el espíritu y alcance de la presente invención se encuentra limitado solamente por las reivindicaciones anexas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un calentador de agua caracterizado porque comprende : una base hueca; un tanque adaptado para mantener una cantidad de agua para calentarse, tal tanque que tiene extremos superior e inferior y que está soportado en la parte superior de la base; un circuito de bomba de calor operable para proporcionar calor primario al agua en el tanque, el circuito de bomba de calor comprende la tubería de refrigerante en la cual un compresor dispuesto dentro de la base, un condensador en el intercambiador de calor en contacto con el tanque, un dispositivo de expansión de refrigerante, y un evaporador dispuesto dentro de la base se conecta en serie en una forma tal que el compresor es operativo para que fluya el refrigerante secuencialmente a través del condensador, el dispositivo de expansión, y el evaporador y después de regreso al compresor mediante la tubería de refrigerante; un conducto, externo al tanque, a través del cual el aire puede fluir hacia la base; un ventilador operativo para que el aire fluya secuencialmente a través del conducto hacia la base, a través del compresor, a través del evaporador, y después hacia fuera de la base y el aparato de calentamiento secundario operable para calentar agua en el tanque.

2. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque: el aparato de calentamiento secundario incluye un elemento de calentamiento eléctrico del tipo resistencia que se extiende a través del interior del tanque.

3. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque: el condensador se dispone externamente del tanque.

4. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque: el condensador es un serpentín del condensador definido por una longitud de la tubería refrigerante enrollada externamente alrededor del tanque.

5. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque: el serpentín del condensador se extiende alrededor de solamente una porción inferior del tanque.

6. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque: el conducto tiene una abertura de entrada de aire dispuesta en una elevación sustancialmente mayor que el extremo inferior del tanque.

7. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque: el conducto se alarga verticalmente, con la abertura de entrada de aire está adyacente al extremo superior del tanque, y tiene un extremo inferior, adyacente a la base, a través del cual los interiores del conducto y la base se comunican.

8. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque: la base tiene una salida de aire que se abré en el mismo la cual se encuentra generalmente opuesta del extremo inferior del conducto, con el evaporador está adyacente hacia dentro de la abertura de salida de la base, y el compresor está adyacente hacia dentro del extremo inferior del conducto .

9. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque: el ventilador es un ventilador evaporador dispuesto dentro de la base.

10. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque: el dispositivo de expansión de refrigerante se dispone dentro de la base.

11. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque: el evaporador es un serpentín evaporador tipo panel verticalmente orientado.

12. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende: un sistema de control operativo para energizar selectivamente el aparato de calentamiento secundario ; y/o el circuito de bomba de calor.

13. El calentador de agua caracterizado porque comprende : una base hueca que tiene un lado superior y una periferia que se extiende hacia abajo del lado superior, la periferia que tiene aberturas de aire de entrada y aire de salida dispuestos horizontal y opuestamente que se extienden a través del mismo; un tanque adaptado para mantener una cantidad de agua para calentarse, el tanque que tiene extremos superior e inferior y que se soporta en la parte superior de la base; un circuito de bomba de calor operable para proporcionar calor primario al agua en el tanque, el circuito de bomba de calor comprende la tubería de refrigerante en la cual un compresor dispuesto dentro de la base adyacente hacia dentro de la abertura de entrada en el mismo, un serpentín del condensador definido por una longitud de la tubería de refrigerante que se envuelve externamente alrededor de la porción inferior del tanque en una relación de intercambio de calor con el mismo, un dispositivo de expansión de refrigerante, y un serpentín del evaporador dispuesto : dentro de la base adyacente hacia dentro de la abertura de salida de aire en el mismo se conecta en serie en una forma tal que el compresor es operativo para que fluya el refrigerante secuencialmente a través del condensador, el dispositivo de expansión de refrigerante, y el evaporador y después de regreso al compresor mediante la tubería de refrigerante; un conducto verticalmente alargado dispuesto externamente adyacente al tanque, el conducto que tiene una porción extrema superior dispuesta adyacente al extremo superior del tanque y que tiene una abertura de entrada de aire, y una porción extrema inferior dispuesta adyacente a la abertura de entrada de aire de la base y que comunica el interior del conducto con el interior de la base a través de la abertura de entrada de la base; un ventilador de evaporador dispuesto dentro de la base entre el compresor y el evaporador y que es operativo para el aire que fluye secuencialmente hacia la abertura de entrada de aire del conducto, hacia abajo a través del conducto hacia la base, a través del compresor, a través del evaporador, y afuera de la base a través de la abertura de salida en el mismo: un elemento eléctrico del tipo resistencia que se extiende a través del interior del tanque y que es energizado para proporcionar calor secundario al agua en el tanque; y un sistema de control operativo para energizar selectivamente el elemento de calentamiento eléctrico y/o el circuito de bomba de calor.

14. Un método para calentar agua, caracterizado porque comprende las etapas de: proporcionar una base hueca; colocar un tanque en la parte superior de la base, el tanque que tiene extremos superior e inferior; proporcionar un circuito de bomba de calor que tiene tubería refrigerante en la cual un compresor, condensador, dispositivo de expansión de refrigerante y evaporador se conectan en serie; disponer el compresor y el evaporador en la base; colocar el condensador en contacto de transferencia de calor externo con el tanque; energizar el circuito de bomba de calor para provocar que el compresor fluya secuencialmente el refrigerante al condensador, al dispositivo de expansión de refrigerante y al evaporador y después de regreso al compresor; y hacer fluir el aire, mediante una trayectoria externa al tanque, desde una elevación sustancialmente mayor que aquella del extremo inferior del tanque secuencialmente en la base, a través del compresor, a través del evaporador y después hacia fuera de la base.

15. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque: el condensador es un serpentín del condensador, y la etapa de colocación se realiza al enrollar una longitud de la tubería de refrigerante externamente alrededor del tanque para formar el serpentín del condensador.

16. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque: la etapa de colocación se realiza al enrollar una longitud de la tubería refrigerante externamente alrededor de solamente una porción inferior del tanque para formar el serpentín del condensador.

17. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque: la etapa de hacer fluir el aire incluye colocar un conducto verticalmente alargado adyacente a una porción lateral vertical del tanque y hacer fluir el aire hacia abajo a través de la porción extrema superior del conducto en la