MXPA02000276A

MXPA02000276A - Calentador de agua que tiene elementos de calentamiento dobles de lado a lado.

Info

Publication number: MXPA02000276A
Application number: MXPA02000276A
Authority: MX
Inventors: A Bradenbaugh Kenneth
Original assignee: A Bradenbaugh Kenneth
Priority date: 2001-01-02
Filing date: 2002-01-07
Publication date: 2005-08-16
Also published as: CA2366279A1; US6363216B1; CN100416175C; WO2002053986A3; WO2002053986A2; AU2002231165A1; CN1492985A

Abstract

Un calentador de agua que tiene un tanque de agua y multiples elementos de calentamiento de resistencia electrica que se extienden en el tanque de agua para calentar agua en el tanque; el calentador de agua incluye un controlador de temperatura de banda proporcional para conducir energia electrica a los elementos de calentamiento de resistencia electrica en rafagas; cada rafaga de energia electrica es seguida por un periodo durante el cual el controlador de temperatura no conduce energia electrica al elemento de calentamiento de resistencia electrica; en una modalidad, cada rafaga de energia electrica dura aproximadamente 95% o menos de un ciclo comprendido de una rafaga de energia electrica seguida por el periodo durante el cual el controlador de temperatura no conduce energia electrica; ademas, la activacion de los elementos de calentamiento mediante el controlador se lleva a cabo en una manera secuencial u otra manera de tiempo medido o controlada para permitir el calentamiento uniforme del agua en el tanque.

Description

CALENTADOR DE AGUA QUE TIENE ELEMENTOS DE CALENTAMIENTO DOBLES DE LADO A LADO SOLICITUDES RELACIONADAS Esta es una continuación en parte de la serie de E.U.A. No. 09/361 ,825, presentada el 17 de agosto de 1999.

CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se refiere en general a- calentadores eléctricos para agua. Más en particular, la invención se refiere a métodos y aparatos para pulsar energía eléctrica a elementos calentadores de resistencia eléctrica en una manera para mejorar la eficacia de calentamiento del calentador de agua.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Un calentador de agua de tipo almacenamiento comprende típicamente un tanque de agua permanentemente encerrado, una cubierta cilindrica coaxial con y espaciada radialmente del tanque de agua para formar un espacio anular entre la pared exterior del tanque de agua y la pared interior de la cubierta, y material aislante en al menos una porción del espacio anular para proveer aislamiento térmico al tanque de agua. El tanque de agua tiene varios aditamentos tales como accesorios de entrada, salida y de drenaje. Adicionalmente, el tanque de agua está provisto con un sistema de control de calentamiento de agua y de temperatura. El sistema de control de calentamiento de agua y de temperatura incluye un elemento de calentamiento de resistencia eléctrica. El elemento de calentamiento se extiende a través de un accesorio en la pared del tanque de agua de tal manera que el elemento de calentamiento está dentro del tanque. El elemento de calentamiento está conectado a una fuente de energía eléctrica fuera del tanque de agua. Los sistemas de control de calentamiento de agua y de temperatura convencionales incluyen típicamente adicionalmente un termostato mecánico. El termostato mecánico cierra un interruptor para permitir la energía eléctrica a través del elemento de calentamiento de resistencia eléctrica cuando se detecta que el agua en el tanque está por debajo de un punto de temperatura establecido seleccionado, y abre el interruptor para evitar que la energía eléctrica pase a través del elemento de calentamiento de resistencia eléctrica cuando el agua en el tanque está en o por arriba de la temperatura establecida seleccionada. La energía eléctrica a través del elemento de calentamiento de resistencia eléctrica está completamente encendida, pasando corriente eléctrica completa, o completamente apagada. Debido a variaciones en la fabricación e histéresis del termostato mecánico, la temperatura del agua "superará" el punto de temperatura establecida deseada. En otras palabras, el sistema de control de calentamiento de agua y de temperatura permite que el elemento de calentamiento de resistencia eléctrica siga calentando agua en el tanque de agua incluso cuando la temperatura del agua está por arriba del punto de temperatura establecido. Sería benéfico evitar o limitar la cantidad de sobregiro del calentador de agua convencional.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION De acuerdo con esto, la invención provee un calentador de agua que tiene un controlador para modular la energía eléctrica a un elemento de calentamiento de resistencia eléctrica en pulsos cortos o ráfagas. El proveer energía eléctrica al elemento de calentamiento en pulsos cortos o ráfagas permite que se caliente una cantidad de agua igual a una temperatura seleccionada a sustancialmente la misma velocidad como con un controlador de temperatura mecánico de la técnica anterior, utilizando sin embargo sustancialmente menos energía eléctrica para calentar el agua. Por consiguiente, la modulación de la energía eléctrica mejora la eficacia del calentador de agua. De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, ocurre una eficacia de calentador de agua aún más grande si el calentador de agua incluye múltiples elementos de calentamiento controlados. Si se utilizan múltiples elementos de calentamiento, es preferiblemente que el controlador active los elementos en secuencia o a alguna frecuencia predeterminada o en alguna manera predeterminada de manera que la energía que se está transfiriendo al tanque se distribuya en una manera balanceada o uniforme. Aún más, colocando o montando los elementos de calentamiento en aproximadamente un tercio más bajo de volumen del tanque de calentamiento mejora el rendimiento de ahorro de energía del calentador de agua. El montaje de múltiples elementos de calentamiento en el tercio de volumen más bajo del tanque incrementa el campo de radiación de los elementos de calentamiento, y resulta en una extensión de la cantidad de watts sobre un área más grande. Esto resulta en una velocidad de patrón de flujo incrementada de corrientes de convección en el agua, y ayuda a calentar el agua de manera más uniforme. La invención provee adicionalmente un calentador de agua que incluye un tanque para contener el agua, una línea de entrada de agua que tiene una abertura de entrada que introduce agua fría al tanque, una línea de salida de agua que tiene una abertura de salida que retira el agua calentada del tanque, un primer elemento de calentamiento que se extiende hacia el tanque, y un segundo elemento de calentamiento que se extiende hacia el tanque. El calentador de agua incluye un circuito de control operable para controlar el suministro de energía eléctrica al primero y segundo elementos de calentamiento en ráfagas, respectivamente. Cada ráfaga es seguida por un período durante el cual la energía eléctrica no se suministra a los elementos de calentamiento mejorando por lo tanto ia eficacia del calentador de agua. El circuito de control es operable adicionalmente para activar la primera ráfaga durante un primer período de tiempo y para activar la segunda ráfaga por un segundo período de tiempo.

Otras características y ventajas de la invención serán evidentes para los experto en la técnica a partir de una revisión de la descripción detallada, reivindicaciones y dibujos siguientes.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una vista en sección de un calentador de agua que realiza la invención, y que muestra la disposición del controlador de temperatura de la presente invención en relación a otros componentes del calentador de agua. La figura 2 es un esquema eléctrico de un controlador de temperatura que realiza la presente invención. La figura 3 es un plano de datos de uso de energía de un controlador de temperatura mecánico de la técnica anterior y un controlador de temperatura de banda proporcional de la presente invención. La figura 4 es un plano de datos de velocidad de consumo de energía del controlador de temperatura mecánico de la técnica anterior y el controlador de temperatura de banda proporcional de la presente invención. La figura 5 es una vista en sección de otro calentador de agua que realiza la invención y que tiene múltiples elementos de calentamiento. La figura 6 es una vista en sección de otro calentador de agua que realiza la invención y que tiene múltiples elementos de calentamiento.

La figura 7 es una vista en sección parcial del calentador de agua que se muestra en la figura 6. La figura 8 es una vista en sección de un calentador de agua que incluye un controlador que realiza la invención. 5 La figura 9 es una vista parcial agrandada del controlador que se muestra en la figura 8. La figura 10 es una representación esquemática del circuito de . control que se muestra en la figura 8. La figura 11 es un esquema eléctrico de un suministro de energía 10 para el circuito de control que se muestra en la figura 10. La figura 12 es un esquema eléctrico de un detector de cruce cero del circuito de control que se muestra en la figura 10. La figura 13 es un esquema eléctrico de un circuito de reinicio de bajo voltaje del circuito de control que se muestra en la figura 10. 15 La figura 14 es un esquema eléctrico de un circuito detector de temperatura del circuito de control que se muestra en la figura 10. La figura 15 es un esquema eléctrico de un termostato del circuito de control que se muestra en la figura 10. v , Las figuras 16(a) y 16(b) son un esquema eléctrico de porciones 20 del circuito de control que se ilustra en la figura 10.

La figura 17 es un esquema eléctrico de un oscilador para el circuito de control que se muestra en la figura 10.

La figura 18 es una gráfica de flujo que representa un método para controlar el calentador de agua que se muestra en la figura 8. La figura 19 es una gráfica de flujo que representa un método ilustrativo para realizar una prueba para determinar si es que un elemento de calentamiento está sumergido. Las figuras 20a, 20b, 20c, y 20d son porciones de una gráfica de flujo que representa un método ilustrativo para realizar los actos de recolectar muestras de detector, calcular la temperatura de agua, calcular una colocación de termostato, cambiar el modo de operación si es necesario, establecer un estado de ciclo de calentamiento, y establecer una prioridad de calentamiento. La figura 21 es una gráfica de flujo que representa un evento de interrupción de ochocientos microsegundos. Antes de explicar en detalle una modalidad de la invención, se debe entender que la invención no está limitada en su aplicación a los detalles de construcción y las disposiciones de los componentes como se expone en la siguiente descripción o como se ilustra en los dibujos. La invención es capaz de otras modalidades y de practicarse o ser llevada a cabo de varias maneras. Además, se entiende que la fraseología y la terminología que se utilizan en la presente invención son para propósito de descripción y no se deben considerar como limitantes. El uso de "que incluye" y "que comprende" y variaciones de las mismas en la presente quiere decir que abarca los artículos listados enseguida y equivalentes de los mismos así como artículos adicionales. El uso de "que consiste de" y variaciones del mismo en la presente quiere decir que abarca únicamente los artículos listados a continuación.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA MODALIDAD PREFERIDA 5 Como se describe anteriormente, el uso de un controlador de temperatura de banda proporcional en un calentador de agua que tiene un v ... elemento de calentamiento de resistencia eléctrica tiene la ventaja inesperada de calentar agua en el calentador de agua a una temperatura de punto de 10 establecimiento preseleccionado mientras consume menos energía eléctrica de la que se consume cuando se calienta la misma cantidad de agua al mismo punto de establecimiento de temperatura en el mismo calentador de agua utilizando un controlador de temperatura mecánico de la técnica anterior. Un controlador de temperatura de banda proporcional ilustrativo es 15 un dispositivo electrónico que comprende un dispositivo de detección de temperatura de agua (resistencia térmica), un dispositivo para establecer el punto de temperatura (reóstato variable), un tiristor con compuerta para conmutar energía eléctrica al elemento de calentamiento de resistencia, y un circuito de lógica para controlar el tiristor en respuesta a señales desde el 20 dispositivo de detección de temperatura de agua y el dispositivo de establecimiento de punto de temperatura. El circuito de lógica recibe una entrada de voltaje desde el dispositivo de detección de temperatura de agua y el dispositivo de establecimiento de punto de temperatura, que indica el diferencial de la temperatura de agua del punto establecido de temperatura. El circuito de lógica, en respuesta a las entradas de voltaje desde el dispositivo de detección de temperatura de agua y el dispositivo de establecimiento de punto de temperatura, envía señal a la resistencia térmica con compuerta. A grandes 5 diferenciales de temperatura entre el dispositivo de detección de temperatura de agua y el dispositivo de establecimiento de punto de temperatura, el circuito de ¦ lógica envía señales a la resistencia térmica con compuerta para conducir electricidad durante una proporción importante, de aproximadamente 94%, de cada ciclo de la corriente de AC, y envía señales a la resistencia térmica para 10 que deje de conducir electricidad durante aproximadamente 6% de cada ciclo de AC. Conforme el diferencial de temperatura éntre el agua y el punto establecido se estrecha, la temperatura de agua entra a una banda de control proporcional en donde el circuito de lógica empieza a ejercer más control sobre la resistencia térmica con compuerta para limitar la energía eléctrica al elemento de 15 calentamiento de resistencia. Conforme la temperatura de agua entra a la banda de control proporcional, el circuito de lógica establece un nuevo período de ciclo de control y envía señales a la resistencia térmica para conducir energía eléctrica durante 5% de cada ciclo y para dejar de conducir energía eléctrica durante 15% de cada ciclo. Conforme la temperatura de agua se acerca a el 20 punto de establecimiento de temperatura el circuito de lógica envía señales a la resistencia térmica para conducir menos de cada período de ciclo. Cuando la temperatura de agua alcanza el punto de temperatura establecido, el circuito de lógica cierra la resistencia térmica y la energía eléctrica ya no se suministra al elemento de calentamiento de resistencia hasta que la temperatura de agua cae nuevamente por abajo del punto de temperatura establecido. Para evitar formación de ciclos indebida alrededor del punto de temperatura establecido, el circuito de lógica se establece para requerir que la temperatura de agua caiga de 3° a 5°C por abajo del punto de temperatura establecido antes de que la resistencia térmica reciba nuevamente señales para conducir energía eléctrica y calentar el agua nuevamente al punto de temperatura establecido. Esta mejora en la eficacia de calentamiento de agua en el calentador de agua que utiliza un controlador de temperatura de banda proporcional no se entiende completamente. En teoría, esencialmente toda la energía eléctrica suministrada al elemento de calentamiento de resistencia se convertirá en calor, y ese calor se debe transferir al agua que rodea al elemento de calentamiento de resistencia. La misma cantidad de energía eléctrica debe calentar el mismo peso de agua al mismo número de grados de temperatura. Como se muestra en el ejemplo enseguida, un calentador de agua que tiene un controlador de temperatura de banda proporcional requiere aproximadamente 10% menos energía eléctrica para calentar un tanque de agua a un punto de temperatura establecido seleccionado que el mismo calentador de agua que tiene un controlador de temperatura mecánico de la técnica anterior. La exactitud mejorada de un controlador de temperatura de banda proporcional para poner el agua a un punto de temperatura establecido con poco sobrecalentamiento cuenta por algo de la eficacia mejorada sobre un controlador de temperatura mecánico, pero parece que no por toda.

Aunque no se desea estar limitado por las siguientes declaraciones, se sugiere que la mejora en eficacia de calentamiento cuando se utiliza un controlador de temperatura de banda proporcional surge de las condiciones físicas dentro del tanque de agua que afectan la transferencia de calor desde el elemento de calentamiento de resistencia al agua. Un controlador de temperatura de banda proporcional conduce energía eléctrica al elemento de calentamiento de resistencia en ráfagas cortas seguido por períodos cortos durante los cuales la energía eléctrica no se conduce hasta que el agua en el tanque de agua alcanza un punto de temperatura establecido seleccionado. El controlador de temperatura de banda proporcional deja exactamente de conducir energía eléctrica al elemento de calentamiento de resistencia cuando el agua alcanza el punto de temperatura establecido. Por otro lado, un controlador de temperatura mecánico de la técnica anterior conduce energía eléctrica al elemento de calentamiento de resistencia continuamente a toda energía conforme el agua se está calentando. Cuando el agua alcanza el punto de temperatura establecido las características mecánicas del termocople bimetálico pueden provocar que el controlador de temperatura mecánico se sobrecaliente y caliente el agua a una temperatura por arriba del punto de temperatura establecido antes de que deje de conducir energía eléctrica al elemento de calentamiento de resistencia. Un elemento de calentamiento de resistencia, como se utiliza en calentadores de agua domésticos, calienta en unos cuantos segundos a una temperatura en la escala de 426.6°C a 482.2 °C. El agua, en contacto con dicho elemento de calentamiento de resistencia, se puede vaporizar dependiendo de la presión del tanque, puede formar una capa de vapor alrededor del elemento de calentamiento de resistencia y reducir la transferencia de calor desde el elemento de calentamiento de resistencia al agua. Con un controlador de temperatura mecánico, el elemento de calentamiento de resistencia se calienta de esta manera y permanece a una alta temperatura hasta que el termocople bimetálico corta la energía eléctrica. El calor de un elemento de calentamiento de resistencia controlado por un controlador de temperatura mecánico se puede radiar a la pared del tanque de agua, o se puede transportar mediante corrientes de convección de vaporización a la parte superior del tanque de agua en donde el exceso de calor se absorbe en la capa más superior del agua que se localiza lejos del termocople bimetálico de detección de temperatura. Con un controlador de temperatura de banda proporcional, el elemento de calentamiento de resistencia se calienta durante cada ráfaga de energía eléctrica y se enfría mediante contacto con al agua durante períodos entre ráfagas. Este enfriamiento del elemento de calentamiento de resistencia entre cada ráfaga de energía eléctrica reduce la temperatura a la cual el elemento de calentamiento de resistencia se eleva y reduce el potencial de acumulación de vaporización alrededor del elemento de calentamiento de resistencia caliente. En consecuencia, la transferencia de calor desde el elemento de calentamiento de resistencia al agua se incrementa. El suministro de energía eléctrica a un elemento de calentamiento de resistencia en un calentador de agua en ráfagas cortas discretas, cada ráfaga seguida por un período con la energía eléctrica apagada, mejora la eficacia de transferencia de calor desde el elemento de calentamiento de resistencia al agua en el calentador de agua. Los controladores de temperatura de banda proporcional son bien 5 conocidos y se utilizan ampliamente en muchas aplicaciones comerciales, incluyendo el control de temperatura de agua en aparatos como cafeteras. Los controladores de temperatura de banda proporcional no han sido utilizados, hasta donde el inventor sabe, para controlar la temperatura de un gran volumen de agua en un calentador de agua de almacenamiento. 0 La figura 1 de los dibujos muestra una vista en sección de un calentador de agua 10 que comprende un tanque de agua 1 1 permanentemente encerrado, una cubierta 12 que rodea al tanque de agua 11 , y aislamiento de espuma 13 que llena el espacio anular entre el tanque de agua 11 y la cubierta 12. La línea de entrada de agua o tubo de inmersión 14 y la línea de salida de S agua 15 entran en la parte superior del tanque 11. La línea de entrada de agua 14 tiene una abertura de entrada 22 para añadir agua fría cerca del fondo del tanque de agua 11. La línea de salida de agua 15 tiene una abertura de salida 24 para retirar agua caliente cerca de la parte superior del tanque de agua 11. El elemento de calentamiento de resistencia 6 se extiende a través de la pared del 0 tanque de agua 11. La circuitería de control de banda proporcional en la caja de control 17 está conectada al elemento de calentamiento de resistencia 16. La resistencia térmica 18, en contacto con la pared exterior del tanque de agua 11 para detectar la temperatura del agua en el tanque de agua 1 1 , está conectado al circuito de lógica mediante el cable eléctrico 19. La energía eléctrica AC se suministra a la resistencia térmica con compuerta a través de la línea 20. Un operador de interfaz adaptable a la medida se puede montar sobre el lado exterior del calentador de agua para permitir la comunicación con la caja de control 17 y provee acceso protegido por seguridad para control del elemento de calentamiento. La interfaz de operador puede ser operable para proveer control remoto o directo del elemento de calentamiento. La figura 2 de los dibujos es un dibujo esquemático de un circuito de control de temperatura de banda proporcional 100 preferido para calentar agua en un calentador de agua de acuerdo con el método de la presente invención. En la figura 2, el elemento de calentamiento de resistencia 125 es un elemento de calentamiento de 4,500 watts para calentar agua en un calentador de agua. El dispositivo de punto de temperatura establecido 1 1 es un reóstato variable para establecer el punto de temperatura establecido en la escala de aproximadamente 32.2°C a 82.2°C. La resistencia térmica 102 es para detectar la temperatura del agua en el calentador de agua. En una modalidad alternativa, se podría colocar una pluralidad de resistencias térmicas a través del tanque para medir la temperatura de agua en una pluralidad de ubicaciones. Los datos emitidos de las resistencias térmicas se podrían promediar. El tiristor con compuerta 103 es un TRIAC, fabricado por Motorola, Inc., para controlar la energía eléctrica al elemento de calentamiento de resistencia 125. El chip de lógica 104 es un controlador de temperatura de banda proporcional UAA1016A fabricado por Motorola, Inc. Se suministra energía eléctrica de doscientos cuarenta voltios al circuito de control de temperatura de banda proporcional 100 a través de las líneas 105 y 106. El acoplador opto-eléctrico 108, como se describirá enseguida, es para controlar la cantidad de temperatura de agua que debe disminuir desde el punto de temperatura establecido antes de que el circuito de control de temperatura de banda proporcional se reactive. Un suministro de voltaje estabilizado de aproximadamente -8 voltios se suministra al circuito de control de temperatura de banda proporcional desde la línea 106 a través del diodo Zener 107 y el resistor 109 en la línea 110. La caída de voltaje a través del dispositivo de punto de establecimiento de temperatura 101 y el detector de temperatura 102 produce un voltaje de señal en el punto 1 1 1. El voltaje de señal es proporcional a la diferencia de temperatura entre el punto de temperatura establecido y la temperatura de agua detectada. El voltaje detectado se trasmite por medio de la línea 112 a una extremidad de un comparador de voltaje 113 dentro del chip de lógica 104. Un voltaje de referencia, la magnitud del cual se determina mediante caídas de voltaje a través de los resistores 1 14 y 1 15, se genera en el punto 1 16. Un voltaje de diente de sierra, generado en el generador de diente de sierra 118 en el chip de lógica 104, se impone al voltaje de referencia en el punto 1 9. El voltaje de referencia, modificado por el voltaje de diente de sierra pasa por medio de la línea 17 a la segunda extremidad del comparador de voltaje 13.

El voltaje de diente de sierra impuesto sobre el voltaje de referencia provoca que el voltaje en la segunda extremidad del comparador de voltaje 113 varíe, en un patrón de diente de sierra, durante un ciclo de aproximadamente 0.85 segundos desde un voltaje mínimo a uno máximo. En el comparador de voltaje 113, el voltaje de señal en la primera extremidad se compara con el voltaje de referencia modificado en la segunda extremidad. El resultado de la comparación se transmite por medio de la línea 120 al circuito de lógica 121. En el circuito de lógica 121 , se genera una señal para pasar por medio de la línea 122, el amplificador 123 y la línea 124 para controlar el tiristor 103. Cuando el voltaje de señal en la primera extremidad del comparador 1 3 es más grande que el valor máximo del voltaje de referencia en la segunda extremidad del comparador 1 3, la señal al tiristor 103 es para conducir y permitir que la energía eléctrica fluya a través del elemento de calentamiento de resistencia 125 para calentar agua en el tanque de agua. El chip de lógica 104 está dispuesto de tal manera que la señal en la línea 124 provoca que el tiristor 103 conduzca electricidad durante 90% de cada ciclo de corriente AC y deje de conducir durante 4% de cada ciclo de corriente. El voltaje de señal en la primera extremidad del comparador de voltaje 113 caerá a un valor menor que el valor máximo del voltaje de referencia en la segunda extremidad del comparador de voltaje 113 conforme la temperatura de agua detectada mediante el detector de temperatura 102 se acerca al punto de temperatura establecido seleccionado en el dispositivo de establecimiento de punto de temperatura 101. Cuando el voltaje de señal está en la escala entre el valor máximo del voltaje de referencia y el promedio del valor del voltaje de referencia, el circuito de control de temperatura 100 está dentro de la escala de control de banda proporcional. Por lo tanto, cuando el voltaje de señal es más grande que el valor del voltaje de referencia en la segunda extremidad del comparador de voltaje, el circuito de lógica 121 envía señal al amplificador 123 para que envíe señal al tiristor 103 para conducir energía eléctrica al elemento de calentamiento de resistencia 125. Entonces, conforme el voltaje de diente de sierra provoca que el voltaje de referencia en la segunda extremidad del comparador de voltaje se incremente a un valor más grande que el valor del voltaje de señal en la primera extremidad del comparador de voltaje, el circuito de lógica 121 envía señal al amplificador 123 para que envíe señal al tiristor 103 para que deje de conducir energía eléctrica al elemento de calentamiento de resistencia 125. Conforme el voltaje de señal en la primera extremidad del comparador de voltaje se acerca más al valor promedio del voltaje de referencia en la segunda extremidad del comparador de voltaje 113, el tiristor 03 no está conduciendo grandes porcentajes de cada ciclo del voltaje de diente de sierra generado. Cuando la temperatura de agua detectada mediante el detector de temperatura 102 es igual al punto de temperatura establecido del dispositivo de establecimiento de punto de temperatura 101 el voltaje de señal en la primera extremidad del comparador de voltaje 1 13 será igual al valor del voltaje de referencia promedio en la segunda extremidad del comparador de voltaje 1 13 y el circuito de lógica 121 envía señal al amplificador 123 para apagar el tiristor 103, cerrando la energía eléctrica al elemento de calentamiento de resistencia 125. El tiristor 103 permanece en el estado de no conducción hasta que la temperatura de agua detectada mediante el detector de temperatura 102 cae por abajo del punto de temperatura establecido por una cantidad preestablecida, como se describe enseguida. El voltaje de señal en la primera extremidad del comparador de voltaje 113 y el voltaje de referencia en ia segunda extremidad del comparador de voltaje 113 deben tener valores que permitan que el circuito de lógica 121 produzca una señal al amplificador 123 el cual controlará adecuadamente al tiristor 103 para calentar el agua a la temperatura deseada. El dispositivo de establecimiento de punto de temperatura 101 es un reóstato variable la resistencia del cual se puede ajustar manualmente para cambiar el punto de temperatura establecido. El detector de temperatura 102 es una resistencia térmica en la cual la resistencia disminuye conforme la temperatura detectada del agua se incrementa. Los valores de los resistores 126 y 127 se seleccionan de tal manera que el voltaje de señal en el punto 11 1 será proporcional a la diferencia entre el punto de temperatura establecido y la temperatura de agua detectada. El voltaje de referencia en el punto 116 se determina por el valor de los resistores 14 y 1 15, y la magnitud del voltaje de diente de sierra impuesto sobre el voltaje de referencia en el punto 119 se determina por los valores de los resistores 128 y 129. Los valores de estos resistores se deben ajustar para acomodar las características del dispositivo de establecimiento de punto de temperatura 101 particular, el detector de temperatura 102 y el chip de lógica 104 seleccionado para el circuito de control de temperatura de banda proporcional 100. Como se describe anteriormente, el acoplador opto-eléctrico 108 se incluye en el circuito de control de temperatura de banda proporcional 100 para evitar formación de ciclo indebida del tiristor 103 cuando la temperatura de agua detectada está cerca del punto de temperatura establecido. Cuando la temperatura de agua detectada es igual al punto de temperatura establecido, el circuito de lógica 121 envía señal al amplificador 123 para apagar al tiristor 103 y detener la conducción de energía eléctrica al elemento de calentamiento de resistencia 125. Sin el opto-acoplador 108, cuando la temperatura de agua detectada cae por una pequeña cantidad, por ejemplo, menos de 1 °C, por abajo del punto de temperatura establecido, el circuito de lógica 121 enviará señal al amplificador 123 para abrir el tiristor 103 y conducir energía eléctrica al elemento de calentamiento de resistencia 125 hasta que la temperatura de agua detectada se caliente nuevamente al punto de temperatura establecido. Esta acción resulta en que el tiristor 103 se enciende y apaga rápidamente, para controlar la temperatura de agua detectada tan de cerca como sea posible ai punto de temperatura establecido. El acoplador opto-eléctrico 108, conectado eléctricamente a través del elemento de calentamiento de resistencia 125 mediante las líneas 130 y 131 , opera para hacer que aparezca la temperatura detectada a aproximadamente 5°C más alta de lo que realmente es cuando la corriente eléctrica está fluyendo a través del elemento de calentamiento de resistencia 125. De esta manera, cuando la temperatura de agua detectada por el detector de temperatura 102 alcanza el punto de temperatura establecido, el tiristor 103 deja de conducir corriente eléctrica a través del elemento de calentamiento de resistencia 125 y el acoplador opto-eléctrico 108. Sin corriente fluyendo a través del acoplador opto-eléctrico 108, el voltaje de señal en el punto 1 1 1 se determina mediante la caída de voltaje a través del detector de temperatura 102 y la caída de voltaje a través del dispositivo de punto de establecimiento 101, el resistor 126 y el resistor 127. El resistor 127 produce una caída de voltaje equivalente a la caída de voltaje provocada por aproximadamente un cambio de temperatura de 5°C en la temperatura detectada. En consecuencia, la temperatura detectada parece que es de aproximadamente 5°C más alta de lo que realmente es, y la temperatura detectada debe caer 5°C adicionales antes de que el voltaje de señal en la primera extremidad del comparador de voltaje 113 indique que la temperatura detectada está por abajo del punto de temperatura establecido. Cuando el comparador de voltaje 1 13 envía señal ai circuito de lógica 121 de que la temperatura detectada está por abajo del punto de temperatura establecido, el circuito de lógica 121 envía señal al amplificador 123 para abrir el tiristor 103 y permitir que la corriente eléctrica fluya a través del elemento de calentamiento de resistencia 125. Con corriente eléctrica fluyendo a través del elemento de calentamiento de resistencia 125, la corriente eléctrica fluye a través el acoplador opto-eléctrico 108 por medio de las líneas 130 y 131. Con corriente eléctrica fluyendo a través del acoplador opto-eléctrico 108, el resistor 127 es derivado y la desviación de 5°C a la temperatura de agua detectada aparente es eliminada.

El circuito de lógica 121 envía entonces señal al amplificador 123 para abrir el tiristor 103 hasta que la temperatura de agua detectada alcanza nuevamente el punto de temperatura establecido. Esta acción del acoplador opto-eléctrico 108 permite que la temperatura detectada caiga aproximadamente 5°C por abajo del punto de temperatura establecido antes de que el tiristor 103 conduzca nuevamente energía eléctrica a través del elemento de calentamiento de resistencia 125, y permite que la temperatura de agua detectada se caliente al punto de temperatura establecido antes de que la energía eléctrica se corte del elemento de calentamiento de resistencia 125. Esta acción evita la formación de ciclos de corriente eléctrica a través del elemento de calentamiento de - resistencia 125 cuando la temperatura de agua detectada está cerca del punto de temperatura establecido. En una modalidad alternativa, el circuito de control de temperatura 100 podría incluir un reloj de tiempo real programable en el cual los periodos de demanda de energía de punto máximo o fuera de punto máximo o los ciclos de operación de vacación se podrían programar en el ciclo de control para el elemento de calentamiento. Adicionalmente, se podrían añadir un detector de presión, un detector de temperatura, un detector de depósito mineral y/o un detector para detectar la presencia de agua. El circuito de control se programaría para desconectar la energía del calentador de agua y/o el elemento de calentamiento cuando se detecten condiciones ó límites predeterminados. Además, el circuito de control podría incluir medios para ajustar automáticamente el punto de establecimiento en respuesta a varias condiciones tales como la cantidad de agua utilizada, o si es que es un período de demanda de energía de punto máximo o fuera de punto máximo.

EJEMPLO En un primer ejemplo, un calentador de agua eléctrico que tiene un elemento de calentamiento de resistencia de 4,500 watts se operó para calentar agua de 15.5°C a 30.10°C utilizando corriente AC de 240 voltios. En una primera corrida, un termostato bimetálico disponible comercialmente, como se describe en la introducción de esta solicitud, se utilizó para detectar la temperatura de agua controlar la corriente eléctrica al elemento de calentamiento de resistencia. En una segunda corrida, el circuito de control de temperatura de banda proporcional, como se muestra en la figura 2 y se describe en esta solicitud, se utilizó para detectar la temperatura de agua y controlar el flujo de corriente eléctrica al elemento de calentamiento de resistencia. Los resultados de las dos corridas comparativas se muestran en la figura 3 de los dibujos. Para la corrida 1 , la tensión sobre un termostato bimetálico se ajustó con un porta artefactos con rosca de tal manera que el termostato bimetálico saltaría de una configuración plana a una configuración en forma de domo a un punto de temperatura establecido de 48.8°C. El termostato bimetálico se colocó en contacto con la pared exterior del calentador de agua del tanque de agua en una posición a aproximadamente 7.62 cm por arriba del elemento de calentamiento de resistencia eléctrico. El termostato bimetálico se conectó, por medio de una varilla de aislamiento, a un interruptor eléctrico en una línea que suministra energía eléctrica al elemento de calentamiento de resistencia. El tanque de agua se llenó con agua a 24.4°C y la energía eléctrica conectada a la línea que suministra el elemento de calentamiento de resistencia. El termostato bimetálico permaneció en una posición plana y el interruptor eléctrico se cerró. La corriente eléctrica pasó a través del elemento de calentamiento de resistencia a una relación de 19.7 amperes durante aproximadamente 27 minutos hasta que el agua se calentó a aproximadamente 50°C. El termostato bimetálico saltó entonces en una forma de domo, activando el interruptor para cortar la corriente eléctrica al elemento de calentamiento de resistencia. Una gráfica de temperatura de agua versus tiempo para esta primera corrida se muestra en la figura 3. Para la corrida 2, se utilizó un circuito de control de temperatura de banda proporcional, como se muestra en la figura 2 y se describe anteriormente en esta solicitud. El dispositivo de establecimiento de punto de temperatura 101 se calibró para un punto establecido de 48.8°C, y el dispositivo detector de temperatura de resistencia eléctrica 102 se adhirió al tanque de agua a aproximadamente 7.62 cm por arriba del elemento de calentamiento de resistencia 125. El tiristor 103 se conectó al elemento de calentamiento de resistencia 125. El tanque de agua del calentador de agua se drenó y se llenó nuevamente con agua a 24.4°C y el circuito de control de temperatura de banda proporcional 100 se conectó a la energía eléctrica principal. El circuito de control de temperatura de banda proporcional 100 suministró inicialmente 18.8 amperes de electricidad al elemento de calentamiento de resistencia 125, es decir, aproximadamente 95% de los amperes suministrados por el termostato mecánico de la corrida 1. Después de aproximadamente cuatro minutos (a 20°C), el circuito de control de temperatura de banda proporcional 100 redujo la 5 electricidad suministrada al elemento de calentamiento de resistencia 125 a 18.6 amperes, es decir aproximadamente 91% de los amperes suministrados por el termostato mecánico de la corrida 1. Después de aproximadamente 21 minutos v ... (a 40°C), la temperatura de agua detectada entró a la escala de temperatura de banda proporcional y el circuito de control de temperatura de banda proporcional 10 100 empezó lentamente a reducir la corriente eléctrica al elemento de calentamiento de resistencia 125, hasta que después de 27 minutos la temperatura de agua detectada alcanzó el punto de temperatura establecido y el circuito de temperatura de banda proporcional 100 cerró la corriente eléctrica al elemento de calentamiento de resistencia 125. 15 La inspección de la figura 3 muestra que la misma cantidad de agua se calentó a sustanciaimente la misma temperatura en la misma cantidad de tiempo en la corrida 1 y la corrida 2. Sin embargo, en la corrida 1, se requirieron 19.7 amperes de electricidad y en la corrida 2, únicamente se requirieron aproximadamente 18.6 amperes de electricidad durante el período de 20 calentamiento. Es decir, el calentamiento de agua en un calentador de agua equipado con el circuito de control de temperatura de banda proporcional de la presente invención, el cual suministra electricidad al elemento de calentamiento de resistencia 125 en ráfagas cortas seguidas por períodos cortos con electricidad apagada, requiere aproximadamente 9% menos energía eléctrica que calentando la misma cantidad de agua a la misma temperatura en el mismo calentador de agua, pero utilizando un controlador de temperatura mecánico.

Este es un resultado inesperado. 5 El pulso de corriente a la carga mediante el circuito de control de temperatura de banda proporcional permite que la temperatura de agua se eleve - minuciosamente y caiga rápidamente en respuesta a la corriente aplicada. Una v . breve interrupción de corriente aplicada al elemento calentador en cada ciclo permite una transferencia de energía de radiación más eficaz al agua desde el 10 elemento calentador. Como un segundo ejemplo, se realizó una prueba para determinar la cantidad real que un consumidor utilizaría durante un ciclo de operación típico de calentador de agua caliente. Con referencia a la figura 4, los kilowatts por hora (kWh) reales están graficados contra tiempo para un termostato mecánico y 15 un termostato electrónico que incluye una lógica de control de banda proporcional.

La figura 4 ¡lustra que durante un ciclo de calentamiento típico, se utiliza aproximadamente 3% menos energía como resultado directo de utilizar la lógica de control de banda proporcional. Es posible que este porcentaje se 20 podría incrementar a aproximadamente 5-5.5% cambiando el ángulo de conducción de los cuadrantes de disparo de la triaca, sin afectar de manera adversa el rendimiento del calentador de agua.

Adicionalmente, limitando la corriente al elemento de calentamiento utilizando la lógica de control de banda proporcional y suministrando la corriente al calentador en pulsos, acercándose gradualmente al punto de temperatura establecido sin sobrepasar la temperatura deseada ofrece una reducción de energía adicional del 15%. La combinación de modulación de corriente y evitando sobrepasar el punto de temperatura establecido ofrece al consumidor un ahorro de energía combinado de casi 10% sobre el costo de operación de un calentador similar que utiliza un termostato mecánico bimetálico. El sobrecalentamiento de agua más allá de una temperatura razonable de 51.6°C - 54.4°C generalmente desperdicia energía. Una capa de aislamiento típica de 5 cm de grueso pierde su capacidad para retener de manera efectiva el calor a temperaturas por arriba de 54.4°C o similares. Esta pérdida de energía en modo de espera es un desperdicio y potencialmente provoca que el calentador haga ciclos más frecuente de lo necesario. El circuito de control de banda proporcional de la presente invención evita el sobrecalentamiento y permite que la temperatura de agua caiga únicamente -12.2°C o similar para hacer ciclo únicamente a la diferencia necesaria para regresar la temperatura de agua a un punto establecido deseado. Una ventaja adicional al circuito de control de banda proporcional es su capacidad de adecuación a un entorno de vapor inflamable. Por ejemplo, dicho entorno puede existir en una cochera, un taller, o área de almacenamiento de sótano en la cual están presentes solventes, gasolina, propano u otros vapores altamente inflamables o explosivos. Los termostatos mecánicos y los dispositivos interruptores de tipo contacto pueden formar arco cuando se hace o se rompe un contacto eléctrico, dependiendo de la cantidad de corriente que se está conmutando. El arco eléctrico puede encender un vapor inflamable si el vapor es suficientemente volátil. En contraste, el circuito de control de banda proporcional es totalmente de estado sólido, no tiene partes movibles, y no encendería vapores inflamables. Aunque la implementación del control de banda proporcional como se describe anteriormente es ventajosa, se puede lograr eficacia de calentamiento aún más grande en un calentador de agua con múltiples elementos de calentamiento controlados. Un calentador de agua 150 ilustrativo con dichos elementos se muestra en la figura 5, y es el tema de la patente de E.U.A. No. 09/361 ,825, titulada PROPORTIONAL BAND TEMPERATURE CONTROL FOR MULTIPLE HEATING ELEMENTS, presentada eM 7 de agosto de 1999, la cual está incorporada a la presente por referencia. El calentador de agua 150 comparte muchos elementos comunes con el calentador de agua 10, y los elementos comunes están designados con los mismos números de referencia en las figuras 1 y 5. Sin embargo, a diferencia del calentador de agua 10, el calentador de agua 150 tiene múltiples elementos de calentamiento 16 y 16'. El elemento de calentamiento 16 se localiza en la porción inferior del tanque y el elemento de calentamiento 16' se localiza en la porción superior del tanque. El elemento de calentamiento 16' se puede controlar mediante la circuitería de control almacenada en una caja de control 17' la cual recibe información desde una resistencia térmica o detector de temperatura 18' a través de un enlace de comunicación 19', tal como un cable eléctrico. De manera alternativa, aunque no se muestra, el detector 18' y el elemento de calentamiento 16' se podrían comunicar con la circuitería de control almacenada en la caja de control 17 y se 5 podría utilizar únicamente un controlador en vez de múltiples circuitos. La comunicación entre el detector 18' y el elemento de calentamiento 16' se podría , - lograr a través de un enlace de comunicación (no se muestra) que corre físicamente paralelo a la línea 20. En el caso de que se controlen dos elementos de calentamiento con un solo controlador, la circuitería de control en la caja 17 10 podría tomar la forma de un microprocesador programable. Por supuesto, se podrían instalar más de dos elementos de calentamiento en el calentador de agua 150 y controlarse mediante dicho controlador, si se desea. Sin importar la circuitería de control exacta utilizada, o si es que sé implementa un solo controlador o múltiples controladores, los elementos de 15 calentamiento en la figura 5 se activan de manera secuencial o a alguna frecuencia o manera predeterminada de manera que la energía de calor que se está transfiriendo al tanque 150 se distribuya en una manera equilibrada o uniforme. Por lo tanto, por ejemplo, el elemento de calentamiento 16 puede estar activo durante un primer periodo de tiempo T1 durante el cual la energía se le 20 suministra en la manera de pulso o de ráfagas múltiples descrita anteriormente. De manera subsecuente, el elemento 16' se podría activar en una manera pulsada durante un período de tiempo T2. Los tiempos T1 y T2 pueden, o pueden no ser de longitudes equivalentes, y pueden o pueden no traslaparse uno a otro dependiendo de la aplicación y condiciones de calentamiento específicas. Más aún, se pueden utilizar mecanismos de retroalimentación utilizando los detectores de temperatura 18 y 18' para disparar la activación de los elementos de calentamiento específicos dependiendo de la temperatura detectada en las porciones superior e inferior del tanque 11. Cualesquier formación de secuencia específica que se utilice, el uso de un controlador de temperatura de banda proporcional para controlar múltiples elementos en un calentador de agua ayuda a evitar el calentamiento no uniforme del agua en el tanque. El calentamiento no uniforme ocurre generalmente en sistemas de calentamiento convencionales en donde el grueso de agua que se calienta se logra con un elemento de calentamiento colocado cerca del fondo del tanque calentador. Esta configuración resulta con frecuencia en la creación de "apilación" en donde el agua que se calienta se eleva a la parte superior del tanque y se vuelve súper-calentada, mientras se forman estratos de temperatura no uniforme en la porción más baja del tanque. Para empeorar las cosas, la acumulación de calor en la parte superior del tanque tiende a disiparse rápidamente debido a que el aislamiento 13 en el tanque no puede retener de manera efectiva la alta energía de calor del agua súper calentada. Con calentamiento de agua secuencial por pulso o en ráfagas como se describe en la presente, el agua en el tanque 11 se calienta de manera más uniforme. Esto reduce la ocurrencia de puntos calientes o fríos en los estratos desde la parte superior al fondo del tanque. La creación de agua súper calentada también se reduce y la eficacia se incrementa.

La formación de secuencia descrita anteriormente también se puede combinar con introducción controlada de agua fría a través de una salida o conducto 155 de una válvula mezcladora 157 colocada en el tubo de inmersión 14. La válvula 157 se puede controlar a través de un enlace de comunicación VI/O acoplado a la circuitería de control en la caja 17' o, de manera alternativa (y no se muestra), la circuitería en la caja 17 cuando está configurada para controlar múltiples elementos de calentamiento. Por lo tanto, por ejemplo, si se detecta súper calentamiento mediante el sensor 18' en la porción superior del tanque, se puede introducir una cantidad de agua fría en la porción superior del tanque 1 1 a través de la salida 155 para disminuir la temperatura del agua calentada. Aún otro calentador de agua 160 que realiza la invención se muestra en la figura 6. El calentador de agua 160 comparte muchos elementos comunes con los calentadores de agua 10 y 150, y los elementos comunes están designados con los mismos números de referencia en las figuras 1 , 5 y 6. Para la modalidad que se muestra en la figura 6, el tanque de agua 160 define un volumen 165 que tiene un volumen 170 superior de aproximadamente dos tercios y un volumen inferior 175 de aproximadamente un tercio. La abertura de entrada 22 está dispuesta en el volumen inferior 175 de un tercio e introduce agua fría al tanque 1 1. La abertura de entrada 24 está dispuesta dentro del volumen 170 superior de dos tercios. Como se muestra en la figura 6, ambos elementos de calentamiento 16 y 16' se extienden hacia el volumen inferior 175 de un tercio del tanque 11. Los elementos de calentamiento 16 y 16' están controlados por la circuitería de control almacenada en la caja de control 17 la cual recibe información de los detectores de temperatura 18 y 18'. De manera alternativa, el calentador de agua 160 puede incluir más de una caja de control, puede incluir más de dos elementos de calentamiento y puede incluir más de dos detectores de temperatura. De manera similar a lo que se describe para el calentador de agua 150, los elementos de calentamiento 16 y 16' se activan en secuencia o a alguna frecuencia o modo predeterminada de manera que el calor se transfiere al tanque en una manera equilibrada o uniforme. Adicionalmente, los elementos de calentamiento 16 y 16' se activan preferiblemente mediante el controlador 17 utilizando técnicas de control de banda proporcional. En la modalidad preferida del calentador de agua 160, los elementos de calentamiento 16 y 16' están dispuestos en un plano 180 sustancialmente ortogonal al eje longitudinal 185 del tanque 11 (es decir, en un plano sustancialmente "horizontal") (consultar figura 7). Sin embargo, los elementos de calentamiento 16 y 16' se pueden colocar en cualquier otra configuración en el volumen inferior de aproximadamente un tercio 175 en tanto que ambos elementos estén en el volumen inferior 175 de aproximadamente n tercio (consultar figura 6). Además, si se utilizan elementos de calentamiento adicionales, también se pueden localizar en el volumen inferior 210 de aproximadamente un tercio.

Típicamente, los calentadores de agua de la técnica anterior utilizan raramente el elemento de calentamiento superior. El elemento de calentamiento superior está típicamente activo únicamente cuando el calentador de agua se instala por primera vez, cuando el calentador de agua no ha sido utilizado durante un período de tiempo largo, o cuando se ha extraído una gran cantidad de agua caliente del tanque en un período de tiempo corto. Excepto por estas raras ocurrencias, el elemento de calentamiento superior de la técnica anterior se utiliza rara vez. Por consiguiente, la mayoría del agua que se ha calentado durante la vida de la unidad se calienta utilizando únicamente el elemento inferior. El uso de únicamente el elemento inferior es ineficaz en cuanto a energía, requiere un período de tiempo largo para recuperación de la temperatura del agua al punto de temperatura establecido, y con frecuencia requiere una gran reserva de tanque de almacenamiento de agua caliente para asegurar que un suministro adecuado de agua caliente está presente cuando se necesita. El calentador de agua 160 supera las deficiencias descritas anteriormente colocando el segundo elemento de calentamiento 16' en el volumen inferior 175 de aproximadamente un tercio del tanque 11. Disponiendo de esta manera a los elementos 16 y 16' y controlando la operación de loe elementos 16 y 16' generando pulsos secuenciales que tienen control de banda proporcional se permite que el calentador de agua 160 utilice estrategias de calentamiento de agua más eficaces. Esto resulta en que los elementos 16 y 16' tienen una transferencia de energía de calor efectiva mejorada al agua. Adicionalmente, los elementos 16 y 16' distribuyen de manera más uniforme las densidades de watt, lo cual reduce las pérdidas por vaporización. En consecuencia, el calentador de agua 160 tiene un tiempo de recuperación más rápido mientras que utiliza menos energía que los calentadores convencionales de la técnica anterior. Más aún, el calentador de agua 160 puede tener un S tamaño de tanque más compacto para demandas de agua caliente comparables que en la técnica anterior. La figura 8 ilustra otro calentador de agua 200 que realiza la invención. El calentador de agua 200 incluye un tanque de agua 205 permanentemente encerrado, una cubierta 210 que rodea al tanque de agua 0 205, y aislamiento de espuma 210 que llena el espacio anular entre el tanque de agua 205 y la cubierta 210. El tanque de agua 205 tiene una superficie exterior 206. la línea de entrada de agua o tubo de inmersión 215 y la línea de salida de agua 220 entran en la parte superior del tanque de agua 205. La línea de entrada de agua 215 tiene una abertura de entrada 225 para añadir agua fría 5 cerca del fondo del tanque de agua 205. la línea de salida de agua 220 tiene una abertura de salida 230 para retirar agua caliente de cerca de la parte superior del tanque de agua 205. El calentador de agua 200 incluye además un primer elemento de calentamiento de resistencia 235 y un segundo elemento de calentamiento de 0 resistencia 240 que se extienden a través de la pared el tanque de agua 205. Está contemplado que los elementos de calentamiento 235 y 240 se pueden colocar en cualquier lugar dentro del tanque 205 y pueden ser de cualquier forma particular. Sin embargo, preferiblemente, el primero y segundo elementos de calentamiento 235 y 240 están en un volumen de un tercio inferior del tanque 200, y están en un plano sustancialmente ortogonal a un eje longitudinal (similar a la figura 7). Además, aunque la invención se describirá con dos elementos de calentamiento 235 y 240, el calentador de agua 200 puede incluir elementos de 5 calentamiento adicionales o puede contener únicamente un elemento de calentamiento 235. Por ejemplo, un calentador de agua de tanque comercial (en comparación a un calentador de agua de tanque residencial) puede contener v , tantos como quince elementos de calentamiento. El calentador de agua 200 incluye un primer detector de 10 temperatura de agua 245 y un segundo detector de temperatura de agua 250. Ambos detectores de temperaturas de agua 245 y 250 están montados sobre la superficie exterior 206 del tanque de agua 205. Los detectores de temperatura de agua 245 y 250 son preferiblemente resistencias térmicas y están acoplados termodinámicamente al agua en el tanque de agua 205. Preferiblemente, el 15 detector de temperatura de agua 250 se localiza sobre una mitad inferior del tanque 205 y el detector de temperatura de agua 245 se localiza sobre una mitad superior del tanque 205. Sin embargo, está contemplado que los detectores de temperatura de agua 245 y 250 pueden estar montados sobre la misma mitad del tanque 205. adicionalmente, el calentador de agua 200 puede incluir 20 detectores de temperatura adicionales o puede contener únicamente un detector de temperatura 245.

El calentador de agua 200 puede incluir un detector de temperatura ambiente 255. El detector de temperatura ambiente 255 se localiza de manera externa al calentador de agua 200, pero se localiza dentro del entorno que rodea al calentador de agua 200 y detecta la temperatura del entorno que rodea al calentador de agua 200. Por supuesto, el calentador de agua 200 puede incluir detectores de temperatura ambiente adicionales y puede incluir otros detectores (por ejemplo, un detector de consistencia de agua). El calentador de agua 200 incluye un controlador de banda proporcional o unidad de control 260 conectada eléctricamente al primero y segundo elementos de calentamiento 235 y 240, al primero y segundo detectores de temperatura de agua 245 y 250, y el detector de temperatura ambiente 255. En términos generales, el controlador 260 recibe una señal de corriente alterna (AC) de doscientos cuarenta y cinco voltios desde la línea de energía 265; modula una primera y segunda señal de banda proporcional provista al primero y segundo elementos de calentamiento 245 y 250, respectivamente; recibe una primera y segunda señales de temperatura de agua desde el primero y segundo detectores de temperatura 245 y 250; y recibe una señal de temperatura ambiente del detector de temperatura ambiente 255. Como se muestra en la figura 9, el controlador 260 incluye un alojamiento 267 que tiene un área de despliegue visual 270 y un área de entrada de usuario 275. El área de despliegue visual 270 incluye una pluralidad de diodos de emisión de luz (LEDs). Los LEDs incluyen un LED2 de primer elemento, un LED3 de segundo elemento, un LED4 de sistema, un LED5 de calor, un LED6 de alerta y un LED7 de energía. El LED7 de energía es preferiblemente un LED rojo y se enciende cada vez que los electrónicos están activos (es decir, "encendidos"). El LED4 de sistema es preferiblemente verde y se utiliza para indicar el estado total del sistema. Durante operación normal, el LED4 de sistema parpadea a aproximadamente un parpadeo por segundo. El hecho de que el LED4 de sistema esté parpadeando regularmente indica que el calentador de agua está trabajando de manera adecuada. El LED5 de calor parpadea al unísono con el LED4 de sistema cuando el controlador 260 está en un modo de "calentamiento" (es decir, el calentador de agua está calentando agua a un punto deseado). El LED2 de primer elemento y el LED3 de segundo elemento se activan siempre que los elementos de calentamiento respectivos están activos. El LED6 de alerta y el LED5 de calentamiento están en el mismo paquete. El LED6 de alerta trabaja en conjunto con el LED4 de sistema para indicar el estado del calentador de agua 200. Durante operación normal, si el controlador 260 está en un modo "de espera" (es decir, la temperatura del agua es igual a o más grande que la temperatura de agua deseada), únicamente parpadea el LED4 de sistema. Si el controlador 260 está en modo de calentamiento, el controlador 260 parpadea al LED4 de sistema y el LED5 de calentamiento al unísono. Si por cualquier razón hay un estado de error, entonces el LED5 de calentamiento cambia al LED6 de alerta, el cual es rojo. Durante el estado de error, el LED4 de sistema parpadea un código de error que indica el tipo de error. Por supuesto, se pueden añadir otros LEDs, y cualquiera de los LEDs descritos se puede eliminar o modificar. Adicionalmente, se puede añadir una bocina audible para proveer una indicación audible, o la información provista por los LEDs se puede comunicar mediante otros indicadores visuales (por ejemplo, una pantalla de cristal líquido). El área de entrada de usuario 275 incluye un disco de entrada 283 para que un usuario establezca una temperatura de agua deseada. El disco de entrada 283 incluye una posición de apagado (es decir, el calentador de agua 200 está "apagado"), una posición de vacación, y una pluralidad de posiciones entre una temperatura de agua baja o fría y una temperatura de agua alta o caliente. Si el disco de entrada 285 está en la posición de vacación, entonces el controlador está en un modo "de vacación". El modo "de vacación" calienta el agua a una temperatura predeterminada más baja que la escala de temperatura de agua normal del calentador de agua. De manera alternativa, el área de entrada de usuario 275 puede incluir otros dispositivos posibles para establecer un estado de temperatura de agua deseada incluyendo una pluralidad de botones de presión con una pantalla LCD digital. Por supuesto, el área de despliegue visual 275 y el área de entrada de usuario 280 se pueden montar en una segunda caja de control localizada de manera remota del calentador de agua 20 (es decir, no montadas sobre el calentador de agua 20). La segunda caja de control en comunicación con el controlador 260 ya sea a través de una conexión de cableado duro, o por medio de RF u otro esquema de comunicación adecuado. El controlador 260 incluye un circuito de control 285, el cual se representa de manera esquemática en la figura 10. En términos generales, el circuito de control 285 incluye un suministro de energía 290, un detector de cruce cero 295, un circuito de reinicio de bajo voltaje 300, un circuito detector de temperatura 305, un circuito de termostato 310, un circuito de control de LED 312, un microcontrolador U1 , una unidad de memoria 315, un primer circuito de impulso 320, un segundo circuito de impulso 325, y un circuito de fuego seco 330. Como se muestra en la figura 10, el suministro de energía 290 recibe una señal de AC de alto voltaje (por ejemplo, Acln = 240 VAC) desde la línea 260 (figura 8) y crea una señal AC de bajo voltaje (por ejemplo, AcOut = 9 VAC), una señal de corriente directa (DC) no regulada (por ejemplo, V-SNS = % VCD), y una señal de corriente directa regulada (por ejemplo, Vcc = 5 VDC). Un suministro de energía 290 ilustrativo se muestra en mayor detalle en la figura 1 1. Como se muestra en la figura 11 , el suministro de energía 290 incluye un transformador T2 que tiene una bobina primaria y una bobina secundaria para transformar la señal de AC de alto voltaje (Acln) a señal AC de bajo voltaje (AcOut). La señal AC de bajo voltaje resultante (AcOut) se provee al detector de cruce cero 295 (figura 10) y a un interruptor S1 , el cual es un interruptor de vía única, de un solo polo (SPST) conectado al lado superior de la bobina secundaria. Cuando el interruptor S1 está cerrado, el circuito de control 285 está activo. El suministro de energía incluye además un rectificador de puente de onda completa D8, un capacitor 26, un diodo zener D9, un regulador de voltaje U9, y capacitores CU1, CU2, CU4, CU7 y CU8. El rectificador de puente D8 rectifica la señal AC de bajo voltaje (AcOut) y el capacitor C26 filtra la señal resultante en la señal DC no regulada (VSNS). El diodo zener D9 tapa la señal DC no regulada (VSNS) y protege la salida del regulador de voltaje U9 contra transitorios de sobre voltaje, de corto plazo. El regulador de voltaje U9 regula el voltaje a una señal Vcc de cinco voltios y cada uno de los capacitores CU1 , CU2, CU4, CU7 y CU8 en el regulador de voltaje U9 son capacitores de desacoplamiento dedicados a un circuito integrado respectivo. Por ejemplo, el capacitor CU1 es un capacitor de desacoplamiento para el circuito integrado U1 . Con referencia nuevamente a la figura 10, el suministro de energía 290 provee la señal Ac de bajo voltaje (AcOut) al detector de cruce cero 295. Un detector de cruce cero 295 ilustrativo se muestra en mayor detalle en la figura 12. El detector de cruce cero 295 provee una señal de salida (CruceCero) la cual indica cada vez que el detector detecta que la señal de bajo voltaje (AcOut) ha cambiado de pluralidad. El detector de cruce cero 295 incluye resistores R55, R61 y R53, el capacitor C21 , diodo D1 , y transistor Q8. El resistor R55 recibe la señal Ac de bajo voltaje (AcOut). El diodo D1 , el capacitor C21 , y el resistor R61 están conectados en paralelo con un extremo conectado al resistor R55 y la base del transistor Q8 y el otro extremo conectado al emisor del transistor Q8. El resistor R53 tiene un extremo conectado a Vcc y el otro extremo conectado al colector del transistor Q8. Conforme el voltaje de AC cambia de polaridad, Q8 va y viene entre el estado apagado y la saturación, generando una serie de pulsos que tienen un borde delantero. El borde delantero de cada pulso corresponde a un cruce cero.

Con referencia nuevamente a la figura 10, el circuito de control incluye un termostato 310. Como se muestra en mayor detalle en la figura 15, el termostato es un potenciómetro R65 cableado como un divisor de voltaje y que tiene una escala de resistencia (por ejemplo, 20 kOhms). La señal de salida del divisor de voltaje (Termostato) se convierte a un número de ocho bits mediante el microcontrolador U1 y entonces se forma en escala para producir un valor de punto de temperatura establecido. El valor de punto de temperatura establecido es la temperatura a la cual el agua se calentará. Con referencia nuevamente a la figura 10, el circuito de control 285 incluye un circuito de control LED 312. El circuito de control LED 312 controla la activación de los diodos de emisión de luz LED2, LED3, LED4, LED5, LED6 y LED7. Como se muestra en mayor de talle en la figura 16( a), el controlador LED 312 incluye resistores R56, R57, R58, R59, R60, R47, R48, R49, R50, R51 y. R52, y transistores Q3, Q4, Q5, Q6 y Q7. Cuando el interruptor S1 (figura 11 ) se cierra, el suministro de energía 290 genera una señal DC de bajo voltaje regulado (Vcc) que se provee a LED7 y resistor R52. La señal DC regulada de bajo voltaje provista (Vcc) ilumina el LED7. Para controlar a LED2, LED3, LED4, LED5 y LED6, se provee una señal de cinco bits a los resistores R56, R57, R58, R59 y R60. Si cualquiera de los bits está alto, se provee una señal DC de bajo voltaje a los resistores respectivos R56, R57, R58, R59 o R60 resultando en una corriente de base suficiente para permitir el flujo de corriente a través del transistor respectivo Q3, Q4, Q5, Q6 o Q7. La corriente fluye desde Vcc a través del transistor Q3, Q4, Q5, Q6 o Q7, a través del diodo de emisión de luz LED2, LED3, LED4, LED5 o LED6 respectivo, a la tierra.

Con referencia nuevamente a la figura 10, el circuito de control incluye un microcontrolador o procesador U1 y una unidad de memoria 315. El 5 microcontrolador U1 , que también se muestra en la figura 16(a), es preferiblemente un Motorola MC68HC705P6A (aunque se pueden utilizar otros r- microcontroladores). El microcontrolador U1 incluye un puerto de entrada/salida v. .. de ocho bits (pasadores 3-10), una interfaz en serie de tres bits (pasadores 1 1- 3), un convertidor análogo a digital de cuatro bits (pasadores 15-19), memoria 10 para almacenar un programa de software que opera el microcontrolador, y dos pasadores (pasadores 26 y 27) para recibir una señal desde un oscilador 317 (figura 17). La unidad de memoria 315 incluye un chip U4 de doscientos cincuenta y seis bits de memoria de únicamente lectura programable borrable eléctricamente (EEPROM). La EEPROM U4 se utiliza para almacenar datos de 15 configuración, tales como datos específicos de construcción del calentador de agua (por ejemplo, voltaje operativo, capacidad de tanque de agua, resistencia de varios elementos, etc.), datos de patrón de uso del usuario, datos de tipos de elementos, y otros datos relacionados. Con los datos de la EEPROM y datos de detección de tiempo real (por ejemplo, la temperatura detectada del primero y 20 segundo detectores de temperatura de agua 245 y 250), el microcontrolador U1 implementa un programa de software para controlar a los elementos de calentamiento para calentar y mantener la temperatura de agua. Además, el programa de software incluye al menos una sub-rutina para determinar si es que el agua está rodeando a cada elemento de calentamiento. Con referencia nuevamente a la figura 10, el circuito de control incluye un primer circuito de conducción 320 y un segundo circuito de conducción 325 que controlan la energía que se provee al primero y segundo elementos de calentamiento 235 y 240 respectivamente. Los circuitos de conducción son idénticos y, por consiguiente, únicamente el circuito de conducción 320 se explicará en detalle. Como se muestra en la figura 16(b), el primer circuito de conducción 320 incluye resistores R66 y R86, una triaca Q1 , y un conductor de triaca U5 de cruce cero opto-acoplado. El conductor de triaca U5 es impulsado por compuerta según se determina mediante pulsos de compuerta que se reciben desde la salida del microcontrolador U1. Un tren de pulsos se genera mediante el microcontrolador U1 , el cual determina los niveles de energía que se suministran al elemento de calentamiento 235 (figura 10). Por ejemplo, el microcontrolador U1 puede proveer un tren de pulsos al conductor de triaca U5 resultando en una transferencia de energía de cuarenta por ciento. El conductor de triaca U5 está acoplado al detector de cruce-cero 295 para asegurar que la triaca se apaga completamente cuando el punto de temperatura establecido se alcanza. Sin el uso del conductor U5, la triaca Q1 podría permanecer parcialmente abierta en un estado de conducción y afectar potencialmente la confiabilidad del circuito de control 285. Con referencia nuevamente a la figura 10, el circuito de control incluye un circuito de fuego seco 330. Como se muestra en mayor detalle en las figuras 16(a) y 16(b), el circuito de fuego seco 330 incluye un candado de datos U2 (16(a)), un primer elevador de resistor 335 (16(a)), un segundo elevador de resistor 340 (16(a)), un amplificador de detección de voltaje 345 (16(b)), un amplificador de detector de corriente 350 (16(b)), resistores R90, R91 , R92, R97, 5 R98 y R100 (todos en 16(b)), transistores Q9 y Q10 8ambos en 16(b)), un detector de corriente T1 (16(b)), y un resistor R44 (16(b)). El candado de datos r U2 es preferiblemente un candado de datos Motorola 74HC374 (se pueden utilizar otros candados de datos) y se utiliza para contener una palabra de datos de cinco bits que controla al primero y segundo elevadores de resistor 335 y 340. 10 El primer elevador de resistor 335 genera un voltaje que se utiliza como una referencia mediante el amplificador de detección de corriente 350. El candado también contiene tres bits de datos adicionales. El primer bit de datos (bit 7), controla uno del LEDs de despliegue; el segundo bit de datos (bit 6), selecciona la EEPROM; y el tercer bit de datos (bit 5), permite la comunicación con equipo 15 de prueba fuera del tablero. El detector de corriente T1 y el resistor R44 crean un voltaje que es proporcional a la corriente que se está proveyendo a los elementos de calentamiento. Los transistores Q9 y Q10 seleccionan cual amplificador está proveyendo actualmente una señal al microcontrolador U1. , La base para la prueba de "Fuego Seco" es la medición del punto 20 máximo de voltaje y el punto máximo de corriente en un "casi" ciclo por bases de ciclos. La razón de que la medición no es exactamente de ciclo por ciclo es que el voltaje se mide después de que ha sido rectificado y filtrado. Los cambios en el voltaje de línea AC se manifiestan como cambios en el voltaje DC rectificado.

Debido a la constante de tiempo del capacitor C26, con la resistencia en los embobinados secundarios del transformador de energía, se toman muestras de voltaje y corriente en base a ciclo por ciclo y se almacenan en una memoria volátil. Cuando la memoria volátil está llena, las muestras de voltaje se examinan para determinar si es que el voltaje fue estable durante el período de tiempo que tomó llenar las memorias volátiles. Si la variación está dentro de límites aceptables, las muestras de voltaje y corriente se promedian y se realiza un simple cálculo de resistencia (es decir, R = V/l). Cuando el fabricante ensambla el calentador de agua 200, el fabricante programa en la unidad de memoria 315 los componentes utilizados para el ensamble del calentador de agua 200, la capacidad del tanque de agua 205, y/o información de producto acerca de componentes particulares del calentador de agua 200. por ejemplo, el fabricante puede programar una o más características del tanque y/o una o más características de elementos en la unidad de memoria. Las características del tanque pueden incluir, pero no están limitadas a, el diámetro del tanque, la altura del tanque, la capacidad de almacenamiento del tanque, etc. Las características del tanque determinan los patrones de flujo de corriente de convección de calentamiento dentro del tanque 205 que crean capas de estratos de temperatura de agua diferentes en el tanque 205. las características de elemento pueden incluir, pero no están limitadas a, número de elementos, tipo de elementos, voltaje de un elemento, ubicación física de un elemento (por ejemplo, superior e inferior, o lado por lado), densidad de watts de elemento, etc. Las características de elementos ayudan a proveer información sobre qué tan efectivamente los elementos 235 y 240 calentarán el agua. Además, algunas de las características de tanque o elementos se pueden determinar mediante el microcontrolador U1. por ejemplo, el microcontrolador puede calcular un wattage de elemento para un elemento particular aplicando un voltaje al elemento y calculando una resistencia para el elemento con el tiempo. Preferiblemente, todas las características del tanque calentador de agua y las características de elementos están programadas en la unidad de memoria 315. Basado en las variables y características, el microcontrolador U1 obtiene de un cuadro de búsqueda un código específico al calentador de agua 200. El software del microcontrolador U1 crea una estrategia de calentamiento para el calentador de agua 200 basado en parte en el código de calentador de agua (que se explica enseguida). El microcontrolador U1 puede actualizar el código del calentador de agua si detecta que un elemento ha sido reemplazado o si una persona de mantenimiento programa nuevamente los datos almacenados en la unidad de memoria 315. Adicionalmente, aunque el fabricante programa cada variable o característica en la unidad de memoria 315, está contemplado que el fabricante pueda programar directamente el código en la unidad de memoria 315. Debido a que existe una diversidad de características de tanque y de elementos que se utilizan en la fabricación y construcción de calentadores de agua eléctricos, una estrategia de calentamiento única es incapaz de considerar las numerosas construcciones. En cambio, el software asigna un código al calentador de agua 200 basado en las variables y características del calentador de agua 200. Las variables y características definen una firma de calentador de agua y, cuando se utilizan con un patrón de uso de calentador de agua, crean un calentador de agua más confiable de manera efectiva y de energía eficaz. En la operación del calentador de agua 200 y con referencia ahora a la figura 18, un usuario "enciende" el calentador de agua 200 (acto 500) encendiendo el termostato 310 en el sentido del reloj desde la posición de apagado. Esto cierra al interruptor S1. Al cerrar el interruptor S1 , el suministro de energía 290 genera la señal AC de bajo voltaje (AcOut), la señal DC no rectificada (V-SNS) y la señal DC rectificada (Vcc). Una vez que la fuente de energía genera una Vcc más grande de cuatro y medio voltios, el reinicio de bajo voltaje 300 trae al microcontrolador U1 fuera de reinicio. Si en cualquier momento el voltaje cae por debajo de cuatro y medio voltios (por ejemplo, un usuario apaga el sistema, ocurre un "apagón", u ocurre un "apagamiento parcial"), el reinicio de bajo voltaje 300 provee una señal al microcontrolador U1 restableciendo al microcontrolador U1. En el acto 505, después de que el microcontrolador U1 se pone fuera de reinicio, el software inicializa al microcontrolador U1. El software restablece todas las variables a sus valores de omisión, y restablece todas las salidas a sus estados de omisión respectivos. En el acto 510, el microcontrolador realiza una prueba de "Fuego Seco". El término "Fuego Seco" se refiere al calentamiento de un elemento de calentamiento 235 o 240 que no está sumergido en agua. Normalmente, un "Fuego Seco" destruirá o quemará al elemento de calentamiento 235 o 240 en menos de un minuto. El circuito de control 285 realiza la prueba de "Fuego Seco" para determinar si es que el elemento de calentamiento está rodeado por agua. 5 En términos generales, el circuito de control 285 realiza la prueba de "Fuego Seco" midiendo la corriente de punto máximo y el voltaje de punto - - máximo que se aplica a cada elemento de calentamiento 235 y 240 y hace un cálculo de resistencia basado en la medición. Por ejemplo, aplicando un voltaje a uno de los elementos de calentamiento 235 o 240 durante un período de tiempo 10 específico y midiendo la resistencia al inicio y fin del período de prueba, se puede determinar el estado del elemento de calentamiento 235 o 240. Conforme el elemento 235 o 240 se calienta, su resistencia se incrementa. Si el elemento está en agua, el elemento alcanza el equilibrio (es decir, una temperatura y resistencia estables) muy rápidamente. Por el contrario, si el elemento 235 o 240 15 está "seco", se sigue calentando y alcanza temperaturas (y resistencias) altas en un tiempo muy corto. Al final de la prueba, se comparan las resistencias de principio y de final. Para un elemento "húmedo", la diferencia entre las resistencias de inicio y de final es pequeña, mientras que para un elemento "seco", la diferencia entre la resistencia de inicio y de final es muchas veces más 20 grande que cuando el elemento está húmedo. Además, variando la longitud de la prueba de Fuego Seco, la densidad de watts del elemento de calentamiento 235 o 240 se puede medir de manera exacta. Basado en la densidad de watts, el microcontroiador U1 puede actualizar un código de calentador de agua. Un método ilustrativo para realizar la prueba de Fuego Seco se muestra enla figura 19. En el acto 605, el microcontroiador u1 desactiva todos los LEDs durante la prueba de Fuego Seco. Al desactivar los LEDs se asegura que el parpadeo de los LEDs no afecta la prueba. En el acto 610, el software establece un número de elemento que indica que el primer elemento de calentamiento 235 está siendo probado. En el acto 615, el software establece el modo operativo para el microcontroiador U1 a un modo de Fuego Seco el cual informa a todas las sub-rutinas que el microcontroiador U1 está realizando una prueba de Fuego Seco. En el acto 620, el software borra todas las banderas de error de Fuego Seco. Las banderas de error de Fuego Seco indican si es que la prueba de Fuego Seco más reciente (si ha ocurrido una) resultó en un error. Por ejemplo, si la prueba de Fuego Seco anterior resultó en una bandera de error que corresponde al primer elemento que está "seco", entonces el microcontroiador U1 restablece la bandera de error pendiente de los resultados de la prueba actual. En el acto 625, el microcontroiador U1 calibra el amplificador de voltaje 345. Antes de que se puedan tomar cualesquier muestras de voltaje para cálculos de Fuego Seco, el amplificador de voltaje 345 se debe calibrar utilizando un voltaje de referencia variable generado por el candado de datos U2 y el elevador de resistor 335. para lograr esta calibración, el microcontroiador U1 selecciona primero la salida del circuito de detección de voltaje conduciendo a Q10 a saturación (Q9 está apagado). El voltaje de referencia (V-REF) se establece entonces a su valor más alto. Enseguida, el voltaje de referencia (V-REF) se reduce de manera incrementada hasta que la salida del amplificador de voltaje (Seco-Fuera) alcanza un valor predeterminado. El voltaje de referencia se deja entonces a este valor. Por ejemplo, V-SNS es una señal de DC no regulada que tiene un componente de estado fijo y un componente pequeño de "corriente alterna". Cualquier incremento o disminución en la señal que se provee al transformador (Acln9 se reflejará en el componente "AC" pequeño de la señal V-SNS. Con el fin de que el microcontrolador U1 se de cuenta de cualesquier cambios significativos, el amplificador de voltaje 345 amplifica los cambios de componente "AC" pequeño. Si, por ejemplo, el estado fijo es de 2.0 voltios, cualquier voltaje de referencia (V-REF) que se alimente al resistor R88 (figura 16(b)) por arriba de 2.0 voltios resultará en que no tiene lugar amplificación y la salida del amplificador será cero. Si el voltaje de referencia (V-REF) está por debajo de 2.0 voltios, la amplificación tendrá lugar. El voltaje de referencia (V-REF) se ajusta de manera que la salida de U7B está en alguna parte en la mitad de su oscilación de salida (por ejemplo, 0-3.5 voltios). El microcontrolador U1 sigue reduciendo el voltaje de referencia (V-REF) en pasos hasta que una salida deseada se alcanza (por ejemplo, el voltaje de referencia es igual a 1.5 voltios). Por consiguiente, cualesquier cambios en la línea de voltaje son exagerados por un factor igual a la ganancia de U7B.

En el acto 630, el microcontrolador U1 calibra el amplificador de corriente 350. Como con el amplificador de voltaje 345, la segunda etapa, U8B (figura 16(b)), se debe calibrar antes de que pueda empezar la formación de muestras. El circuito de detección de comente se selecciona dirigiendo a Q9 a 5 saturación (Q10 está apagado) y entonces ajustando de manera que se incrementa el voltaje de referencia (l-REF) de manera similar al voltaje de referencia (V-REF). v . En el acto 635, el software determina si es que los amplificadores de voltaje y de corriente 345 y 350 fueron calibrados de manera adecuada. Si 10 hubo error en la calibración, entonces el software establece una bandera(s) de error de calibración (acto 640) a un resultado positivo y procede al acto 660. Si la calibración no resultó en ningún error, entonces el microcontrolador U1 procede al acto 645. En el acto 645, el microcontrolador U1 realiza una prueba de Fuego 15 Seco para el primer elemento 235. Para la prueba, se miden voltajes y comentes instantáneas en sus valores de punto máximo. Esto se logra muestreando la señal de los circuitos amplificadores de voltaje y de corriente 345 y 350 (Seco- Fuera) con relación a un cruce cero de la señal AC de bajo voltaje (AcOut). En el cruce cero adecuado, se inicia un medidor de tiempo para cada uno de los 20 circuitos de amplificación 340 y 350. Una variable de tiempo fuera se utiliza para tomar las muestras de voltaje o corriente a un período de tiempo predeterminado con respecto al cruce cero cuando las formas de onda de voltaje y corriente están en su punto máximo. Las muestras instantáneas de voltaje y corriente son cargadas cada una en memorias volátiles separadas dentro del microcontrolador U1. Cuando las memorias volátiles están llenas, los datos se analizan para determinar si el voltaje de línea ha sido estable durante el período de formación de muestras. Si el voltaje muestreado es estable, se calcula un voltaje y corriente promedio, y se hace un cálculo de resistencia. Los cálculos continúan de esta manera durante la duración de la prueba de Fuego Seco. Al final de la prueba, los valores de resistencia de inicio y de fin se restan para encontrar cuánto ha cambiado la resistencia durante el curso de la prueba. La base de la prueba no es el valor actual de resistencia (el cual es diferente para cada tipo de elemento de calentamiento), sino la diferencia en resistencias desde el inicio de la prueba hasta el final de la prueba. En el acto 650, el microcontrolador U1 determina si es que el primer elemento 235 está seco. Si la diferencia de resistencia calculada es más grande que un valor de cambio de resistencia establecido (el cual puede variar dependiendo del elemento de calentamiento utilizado) entonces el microcontrolador U1 determina que el elemento no está rodeado por agua (es decir, "seco") y procede al acto 655. Si el microcontrolador U1 determina que el cambio de resistencia calculado es igual a o menor que un valor de cambio de resistencia establecido, entonces el microcontrolador U1 determina que el elemento está rodeado por agua y procede a] acto 660. En el acto 655, el software establece una bandera de error de primer elemento a un resultado positivo. Una bandera de error de primer elemento positiva informa a las sub-rutinas subsecuentes que el primer elemento 235 no está rodeado por agua. En consecuencia, las sub-rutinas posteriores no utilizarán este elemento para calentar el agua. El microcontrolador U1 también establecerá un medidor de tiempo ReCheck a 180 minutos. El medidor de tiempo ReCheck disminuirá en tiempo hasta que alcance cero minutos. Cuando el medidor de tiempo ReCheck alcanza cero, el microcontrolador U1 realizará otra prueba de Fuego Seco en ese elemento. En el acto 660, el microcontrolador U1 establece el número de elemento al segundo elemento. En el acto 665, el microcontrolador U1 repite los actos 625, 630, 635, 640, 645, 650 y 655 para el segundo elemento para determinar si es que el segundo elemento está seco. Si el microcontrolador U2 determina que el segundo elemento está seco, establecerá una bandera de error de segundo elemento a un resultado positivo. Por supuesto, si el calentador de agua incluye más de dos elementos de calentamiento, entonces el microcontrolador U2 realiza una prueba seca para los elementos restantes. Adicionalmente, si el calentador de agua contiene únicamente un elemento de calentamiento, entonces el microcontrolador U2 no realizará los actos 660 o 665. Con referencia nuevamente a la figura 18, en el acto 515, el software determina si es que un tiempo muerto "ReCheck" es más grande de cero. El tiempo muerto ReCheck es un medidor de tiempo (por ejemplo, veinte milisegundos) utilizado por el software para informar al software cuándo muestrear los detectores de temperatura 245, 250 y 255, y crear o modificar una estrategia de calentamiento para calentar el agua contenida dentro del calentador de agua 200. Si el tiempo muerto ReCheck es más grande de cero, entonces el software procede al acto 520. Si el tiempo muerto ReCheck es menor que o igual a cero, entonces el software procede al acto 525. En el acto 520, el microcontrolador U1 "hace parpadear" el LED4 de sistema, el LED5 de calor y el LED6 de alerta. Es decir, el software realiza una sub-rutina que activa a los LEDs adecuados dependiendo del modo en el que el software está o si ha ocurrido una bandera de error. Por ejemplo, durante operaciones normales, el microcontrolador 305 genera una señal que resulta en que el LED4 de sistema parpadea encendido y apagado. Si el software está en un modo de calentamiento (que se explica enseguida), entonces el LED5 de calor parpadea al unisono con el LED4 de sistema. Si el software tiene una bandera de error positivo, el LED6 de alerta trabaja en conjunto con el LED4 de sistema para indicar el estado del calentador de agua a un operador o persona de reparación. Si el tiempo muerto ReCheck es menor que o igual a cero, entonces el microcontrolador U1 procede al acto 525. En términos generales, el microcontrolador U1 muestrea las muestras del detector de temperatura (acto 525), calcula una temperatura de agua (acto 530), calcula el establecimiento del termostato (acto 535), establece un modo de operación 8acto 540), establece un estado de ciclo de calentamiento (acto 545), y establece una prioridad de calentamiento (acto 550). Un método ilustrativo para implementar los actos 525, 530, 535, 540, 545 y 550 se muestra en la figura 18. Además, el microcontrolador U1 almacena datos para crear una historia de uso (acto 555) y hace parpadear los LEDs (560).

En el acto 705 (figura 20(a)), el microcontrolador U1 muestrea el detector de temperatura 245 y carga un primer voltaje resultante en el software para procesamiento. En el acto 710, el microcontrolador U1 muestrea el detector de temperatura 250 y carga un segundo voltaje resultante en el software para procesamiento. En el acto 715, el microcontrolador U1 convierte el primero y segundo voltajes muestreados a una primera y segunda temperaturas detectadas, respectivamente, utilizando un cuadro de búsqueda de temperatura. El cuadro de búsqueda contiene una pluralidad de escalas de voltaje que tienen una temperatura asociada respectiva. Por ejemplo, si el primer detector de temperaturas genera una señal de 2.1 voltios, la temperatura asociada puede ser de 43.3 grados centígrados. El cuadro de búsqueda puede variar dependiendo del detector utilizado. Después de obtener la primera y segunda temperaturas detectadas, el software modifica las temperaturas detectadas para tomar en cuenta cualquier tiempo de retraso al obtener la temperatura. Es decir, conforme el agua dentro del tanque 205 aumenta de temperatura, hay un error que se incrementa en lo que el detector de temperatura 245 o 250 detecta. La trayectoria conductiva térmica desde el agua a través del material del tanque de agua 205 tiene un diferencial de tiempo de retraso. Para corregir esto, los valores de temperatura que se leen del cuadro de búsqueda se "corrigen" por el retraso. La primera y segunda temperaturas corregidas se utilizan para hacer decisiones de calentamiento de agua por el software. En el acto 720, el microcontrolador U1 carga o muestrea una señal del termostato 310. Si el microcontrolador U1 determina que el voltaje del termostato corresponde a la posición de apagado del termostato (acto 725), entonces el software establece un modo operativo igual a un estado apagado (acto 730) y regresa al acto 555 de la figura 18. Por ejemplo, si el voltaje del termostato es menor de 0.1 voltios, entonces el software determina que el 5 termostato está en una posición de apagado y apaga al controlador 260. Si el voltaje del termostato es más grande que un voltaje que corresponde a una - - posición de apagado (acto 725), entonces el software procede al acto 735. En el acto 735, el software determina si es que el modo operativo se estableció anteriormente a apagado (es decir, el sistema se acaba de 10 encender). Si el modo operativo fue anteriormente de apagado, entonces el software cambia el modo operativo a "en espera" (acto 740). Como se explicará en más detalle enseguida, cuando el calentador de agua 200 está en un modo de espera, el controlador 260 no está incrementando la temperatura del agua. Si el modo operativo está en un modo diferente al modo operativo de apagado, 15 entonces el software procede al acto 745. En el acto 745, el software compara el voltaje del termostato con un voltaje establecido que representa la posición de vacación del termostato. Por ejemplo, si el voltaje del termostato es menor de 0.7 voltios, entonces el software determina que el termostato está establecido a la posición de vacación y procede 20 al acto 750. Si el voltaje del termostato es más grande de 0.7 voltios, entonces el software determina que un usuario ha establecido el calentador de agua a una temperatura deseada y procede al acto 755.

En el acto 750, el software establece el punto de temperatura establecido a una temperatura de vacación (por ejemplo, 32.2 grados centígrados). La temperatura de vacación puede ser un valor determinado por el fabricante, o puede ser pre-establecido por un usuario. Después de establecer el punto de temperatura establecido, el software procede al acto 760 (figura 20(b)). En el acto 755 (figura 20(b)), el software calcula un punto de temperatura establecido basado en el voltaje del termostato muestreado. El microcontrolador U1 utiliza preferiblemente un segundo cuadro de búsqueda, pero puede utilizar de manera alternativa una fórmula basada en el voltaje de entrada. En el acto 760, el software calcula una temperatura de calentador encendido. La temperatura de calentador encendido es la temperatura a la cual uno o más elementos reciben una señal de energía. La temperatura de calentador encendido es la temperatura de punto establecido menos una temperatura de histéresis. La temperatura de histéresis es el número de grados centígrados (por ejemplo, 5 grados centígrados) que la temperatura de agua cae por debajo del punto de temperatura establecido antes de que ocurra el calentamiento. De esta manera, calculando una temperatura de calentador encendido, el microcontrolador U1 evita "sub formación de ciclos". En el acto 765, el software determina si es que el modo operativo está en un modo "en espera" o un modo "de calentamiento". Si el modo operativo se establece a en espera, el software procede al acto 770. Si el modo operativo se establece a calentamiento, entonces el software procede al acto 775.

En el acto 770, el software determina si es que la temperatura de tanque más baja (desde el detector de temperatura 250) es menor que o igual a la temperatura de calentador encendido. Si la temperatura de tanque más baja es menor que o igual a la temperatura de calentador encendido, entonces el 5 software determina que el agua se debe calentar y procede al acto 780. Si la temperatura de tanque más baja es más grande que la temperatura de calentador encendido, entonces el software determina que el agua no se debe v . calentar y procede al acto 800.

En el acto 780, el software establece el modo operativo al 10 calentamiento hecho que indica que el agua se debe calentar. Después de establecer el modo operativo a calentamiento, el software reinicia todas las variables de estado operativo y tiempos muertos para otro ciclo de calentamiento (acto 785). Por ejemplo, el software reinicia el eCheck tiempo muerto (por ejemplo, a veinte milisegundos). 15 Si, en el acto 765, el software determina que el modo operativo se establece a calentamiento, el software procede al acto 775. En el acto 775, el software determina si es que la temperatura de tanque más baja es más grande que o igual al punto de temperatura establecido. Si la temperatura de tanque más baja es más grande que o igual al punto de temperatura establecido, 20 entonces el software determina que el agua se debe seguir calentando, y por lo tanto permanece en el modo de calentamiento y procede al acto 800. Si la temperatura de tanque más baja es menor que el punto de temperatura establecido, entonces el software determina que el agua se ha calentado de manera adecuada y procede al acto 785. En el acto 785, el software cambia el modo operativo a en espera 8es decir, indicando que la temperatura del agua no se debe incrementar más). En el acto 790, el software determina si es que el primer elemento de calentamiento 235 está rodeado por agua (esto suponiendo que el primer elemento está arriba del segundo 235). Si el primer elemento de calentamiento 235 no está rodeado por agua (es decir, el elemento está seco), entonces el software establece la variable de ReCheck tiempo muerto a dos minutos (acto 795). Cambiando la longitud de la variable de ReCheck tiempo muerto, el software permite que el análogos se llene con más agua antes de calentar con el primer elemento. Por supuesto, la cantidad de tiempo que el software establece la variable de ReCheck tiempo muerto puede variar, y no se requiere un valor específico para propósitos de que la invención funcione. Si el primer elemento no tiene agua rodeando al elemento (es decir, ha resultado un estado húmedo), entonces el software procede al acto 800. En el acto 800, (consultar figura 20(c)), el software determina si es que ha transcurrido un período de calculo de pendiente de temperatura. Si el período ha transcurrido, entonces el software reinicia el medidor de tiempo y calcula una pendiente de temperatura (acto 805). El cálculo de la pendiente de temperatura permite determinar si es que está ocurriendo una extracción de agua. A intervalos regulares (por ejemplo, 90 segundos), la muestra de temperatura del tanque más reciente se compara con muestras previas almacenadas en la unidad de memoria (315). Basado en los valores de temperatura, se calcula una pendiente de temperatura o velocidad de cambio de temperatura para el agua. Si el usuario está extrayendo agua, resultará un valor de pendiente negativa grande informando al software que está sucediendo extracción de agua. En el acto 810, el software establece un ciclo de trabajo que determina la cantidad de energía que se debe transferir a cada elemento de calentamiento. La cantidad de energía varía dependiendo de la temperatura de agua y el código de calentador de agua para el calentador de agua 200. Además, la cantidad de energía puede tomar en cuenta un patrón de uso de calentador de agua (el cual está almacenado en la unidad de memoria 3 5), la temperatura ambiente, un valor de consistencia de agua, u otra información. Para el acto 810, el software obtiene de ia unidad de memoria 315 el código de calentador de agua y los registros de datos anteriores almacenados por el calentador de agua. Los registros anteriores se almacenan cada vez que el software completa el acto 555 (figura 18), y cada registro incluye la hora del día, la duración de calentamientos anteriores, velocidad de cambio (pendiente) en disminución y elevación de temperatura de agua, y puede incluir adicionalmente otra información tal como temperatura ambiente. Conforme el controlador 260 calienta el agua, busca en la unidad de memoria 315 información registrada de circunstancias similares durante el mismo período de tiempo en días y/o semanas anteriores. Si aparece que el usuario está utilizando casi la misma cantidad de agua durante cualquier período dado entonces el agua se calentará a una velocidad estándar para el código de calentador de agua que satisfará la velocidad de consumo anticipado de agua caliente. Si los datos almacenados indicasen que puede no haber uso adicional después del presente ciclo de calentamiento, entonces el agua se calentará muy lentamente a un ciclo de trabajo más bajo para minimizar el consumo de energía. Si hay una disminución abrupta y rápida (es decir, pendiente de temperatura negativa) en la temperatura de agua, el software calculará un nuevo ciclo de trabajo de acuerdo con la condición de uso actual del calentador de agua. Conforme los patrones de uso cambian, los registros antiguos se modificarán para reflejar las condiciones operativas actuales. Para la modalidad preferida, la fórmula de línea de base al considerar qué velocidades de flujo de temperatura de agua mínima serán aceptables, es una recuperación mínima igual a 37.8 litros por hora a elevación de temperatura de 15.5 grados centígrados. Con esta fórmula, la información de código de producto y los registros de uso, se utiliza la relación de entrada de energía contra velocidad de cambio de temperatura para determinar estrategias de calentamiento. Las estrategias proveen niveles de entrada de energía para satisfacer o exceder la velocidad de recuperación mínima, mientras se mantiene la eficacia de energía al máximo. Conforme las condiciones en patrones de uso cambian, la estrategia se modifica para mantener el estándar de recuperación mínima. Por ejemplo, una estrategia de calentamiento estándar para un primer código de calentador de agua que tiene un primer wattage de elemento será diferente cuando se compare con una estrategia de calentamiento para un segundo código de calentador de agua que tiene un segundo wattage de elemento. Dos estrategias de calentamiento ilustrativas para el segundo elemento 240 se muestran en los cuadros 1 y 2.

CUADRO 1 Estrategia de calentamiento de agua para un primer código de calentador CUADRO 2 Estrategia de calentamiento de agua para un segundo código de calentador Temperatura de agua Energía o Ciclo de trabajo del segundo elemento < 46.1°C 100% 46.1°C a 48.8°C 80% 48.8°C a 51.6°C 66% 51.6°C a 54.4°C 50% 54.4°C a 57.2°C 40% 57.2°C > 20% Para el calentador de agua 200, el ciclo de trabajo o energía aplicada a los elementos de calentamiento 235 o 240 se basa al menos en parte en la temperatura de agua detectada y el código de calentador de agua. El concepto de una estrategia de calentamiento dependiente de un código de calentador de agua es diferente del método de calentamiento de agua para los calentadores de agua 10 y 150. Para los calentadores de agua 10 y 150, el ciclo de trabajo o energía aplicada a los elementos de calentamiento 16 y/o 16' se basa en la diferencia entre la temperatura de agua detectada y la temperatura de agua deseada. Sin embargo, se ha determinado que incrementando la energía a un elemento sumergido en agua a una temperatura de agua dada puede no resultar en una ganancia de temperatura de agua óptima cuando se compara con la entrada de energía. Por ejemplo, suponiendo que todas las otras condiciones son las mismas, se ha determinado que se puede transferir más calor desde un elemento al agua cuando el agua está a una temperatura más fría. Conforme la temperatura de agua se incrementa, se necesita proveer menos energía al elemento de calentamiento 235 o 240 sin importar la diferencia entre la temperatura detectada y la temperatura deseada (es decir, el exceso de energía no resultará en una transferencia óptima cuando se compara con la entrada de energía). Por lo tanto, el software no necesita tomar en cuenta la diferencia entre la temperatura deseada y la temperatura detectada para calentar el agua. Pero está contemplado que bajo algunas circunstancias (por ejemplo, cambios en el patrón de uso que resultan en que el agua se necesita calentar tan rápido como sea posible sin comprometer la eficacia) una estrategia de calentamiento puede querer incluir una medición de diferencia. En el acto 815, el software determina el estado de "extracción". El estado de extracción indica si es que un usuario está extrayendo agua actualmente y a qué velocidad el usuario está extrayendo el agua. El estado de extracción tiene cuatro valores: "tanque calentando", "extracción uno", "extracción dos", y "recuperación". Si el estado de extracción es "tanque calentando", entonces el software procede al acto 820. Si el estado de extracción es "extracción uno", entonces el software procede al acto 825. Si el estado de extracción es "recuperación", entonces el software procede al acto 830. Si el estado de extracción es "extracción dos", entonces el software procede al acto 835. determina que no está ocurriendo una extracción y procede al acto 870. Si el estado de extracción es actualmente "extracción uno", entonces el calentador de agua ha estado anteriormente en una extracción (es decir, un usuario está utilizando agua caliente). En el acto 825, el software determina si es que la pendiente de temperatura es positiva. Si la pendiente de temperatura es positiva, entonces el software determina que el calentador de agua se está recuperando y establece el estado de extracción a recuperación (acto 845). Si la pendiente de temperatura es aún negativa, entonces el software determina que el calentador de agua aún está en extracción y procede al acto 870. Si el estado de extracción está actualmente establecido a "recuperación", entonces el calentador de agua se está recuperando de una extracción. En el acto 830, el software determina si es que ha ocurrido otra extracción (es decir, si la pendiente de temperatura es menor que o igual al umbral para una extracción). Si hubo otra extracción, entonces el software establece el estado de extracción a "extracción dos" (acto 850). Si el software determina que el calentador de agua aún se está recuperando, el programa procede al acto 870. En el acto 835, el software determina si es que la temperatura de tanque más baja es mayor que o igual a una temperatura de calentador encendido. Si la temperatura de tanque más baja es mayor que o igual a una temperatura de calentador encendido, entonces el software establece el estado de extracción a recuperación y restablece la pendiente de temperatura. Si la temperatura de tanque más baja es menor que la temperatura de calentador encendido, entonces el microcontrolador U1 establece el ciclo de trabajo a energía completa (acto 760). Por supuesto, se pueden utilizar otros ciclos de trabajo dependiendo del calentador de agua particular y de las circunstancias de medio ambiente.

En el acto 870, el software determina la prioridad de calentamiento para el calentador de agua. Si la prioridad de calentamiento es "cincuenta-cincuenta" (se explica enseguida), entonces el software establece el ciclo de trabajo a energía completa (acto 875) sin considerar la temperatura de agua. Por supuesto, se pueden utilizar otros ciclos de trabajo dependiendo del calentador de agua particular y de las circunstancias de medio ambiente. Si la prioridad de calentamiento no está en el modo de cincuenta-cincuenta, entonces el software procede al acto 880 (figura 20(d)). En el acto 880, el software selecciona un caso basado en la prioridad de calentamiento determinada anteriormente. La prioridad de calentamiento se utiliza para determinar cuales elementos están activos. Por ejemplo, si el primer elemento es un elemento superior y el segundo elemento es un elemento inferior (similar a la figura 5), entonces bajo ciertas condiciones se pueden utilizar ambos elementos. Para esta disposición, si ambos elementos se están utilizando, entonces la prioridad de calentamiento será cincuenta-cincuenta. Si únicamente se utiliza un elemento, entonces la prioridad de calentamiento es cero-cien. De manera alternativa, si los elementos están en un plano sustancialmente horizontal, se pueden utilizar ambos elementos en una disposición de cincuenta-cincuenta (contra únicamente un elemento siendo utilizado) para calentar el agua. En el acto 885, el software determina si la temperatura de tanque superior ha caído (es decir, la pendiente de temperatura del elemento superior es menor que o igual a un umbral). Si la temperatura de tanque superior ha caído, entonces el software establece la prioridad de calentamiento a "cincuenta-cincuenta" (acto 887), resultando en que ambos elementos calientan el agua. Si la temperatura de tanque superior no ha caído, entonces el software procede al acto 555 (figura 16). En el acto 890, el software determina si es que la temperatura de tanque superior se ha recuperado (es decir, la pendiente de temperatura del elemento superior es más grande que un umbral). Si la temperatura de tanque superior se ha recuperado, entonces el software establece la prioridad a "cero-cien" (acto 895), resultando en que únicamente el segundo elemento 240 calienta el agua. Si la temperatura de tanque superior no se ha recuperado, entonces el software procede al acto 555 (figura 16). Cada ochocientos microsegundos, el software realiza un evento de interrupción de medidor de tiempo. La interrupción de medidor de tiempo se utiliza como base para varios tiempos muertos (por ejemplo, el tiempo muerto "ReCheck"). Durante cada interrupción, el medidor de tiempo del microcontrolador se reinicia y las variables de tiempo muerto se disminuyen si su valor es aún mayor de cero. Una vez que un valor de tiempo muerto alcanza cero, la rutina asociada se puede realizar en ese momento, o se puede realizar durante el ciclo principal. Como se muestra en la figura 21 , en el acto 905, el software reinicia el medidor de tiempo para la siguiente interrupción programada. En el acto 910, el software da servicio a variables de tiempo muerto (es decir, disminuye cada tiempo muerto) y de retrasos. En el acto 915, el software ejecuta rutinas relacionadas con eventos según se requiera. En el acto 920, el software regresa de la interrupción al acto que estaba implementando anteriormente. Cada vez que la señal (AcOutHI) cruza cero voltios, el mícrocontrolador U1 realiza una interrupción de evento de cruce cero. Cuando el transistor Q8 (figura 12) se enciende, va a saturación provocando un borde de caída que genera una interrupción al mícrocontrolador U1. El borde de caída se utiliza como un borde de referencia para activar las triacas Q1 y Q2 (figura 16(b)). Cuando ocurre el borde de referencia, el interruptor de medidor de tiempo (figura 21 ) se ajusta de manera que corresponderá exactamente a cuando ocurre un cruce cero. De esta manera, la interrupción de cruce cero dispara las triacas precisamente en el momento justo. Para controlar la energía transmitida a los elementos de calentamiento 235 y 240, el mícrocontrolador U1 genera una señal de salida (primer elemento o segundo elemento) que se provee a los conductores de triaca de cruce cero U5 y U6 respectivamente. Los conductores de triaca de cruce cero U5 y U6 en combinación con las triacas Q1 y Q2 controlan la señal Ac de alto voltaje (Acln) siendo provista a los elementos de calentamiento 235 y 240. Para controlar la energía transmitida a los elementos de calentamiento 235 y 240, la triaca Q1 o Q2 se dispara para una secuencia de cuatro medios ciclos de AC. La triaca Q1 o Q2 disparada se basa en la prioridad de calentamiento y el estado en el software con relación al ciclo de calentamiento. Por ejemplo, si la prioridad de calentamiento es "cero-cien", entonces únicamente la triaca Q2 se disparará. De manera alternativa, si la prioridad de calentamiento es "cincuenta-cincuenta" y los elementos de calentamiento 235 y 240 se disparan en secuencia, entonces el software incluye una variable que especifica cuál elemento de calentamiento 235 o 240 se está activando. Después de disparar una secuencia de cuatro medios ciclos de AC, el software retrasa el disparo, es decir, no dispara la triaca Q1 o Q2 durante un número de ciclos. El número de ciclos que la triaca Q1 o Q2 no se dispara se determina por la cantidad de energía que se va a transmitir a los elementos de calentamiento 235 o 240. Por ejemplo, si se va a transmitir 100% de energía, entonces el software no retrasará el disparo para nada. Si se va a transmitir 50% de energía, entonces el software retrasará el disparo de la triaca Q1 o Q2 durante cuatro medios ciclos de AC. El cuadro 3 describe un cuadro de transferencia de energía ilustrativo.

CUADRO 3 Cuadro de búsqueda para varios Ciclos de trabajo basados en un disparo inicial de cuatro ciclos.

Por supuesto, se pueden utilizar otros retrasos de medio ciclo y el disparo inicial de cuatro ciclos puede variar para obtener diferentes relaciones de transferencia de energía. Aunque modalidades particulares de la invención se han mostrado y descrito en la presente, se pueden hacer cambios y modificaciones sin apartarse del espíritu y alcance de la invención. Por ejemplo, los chips de lógica diferentes al chip de lógica Motorola UAA1016A se pueden utilizar para controlar el ciclo de encendido-apagado del tirístor 103. Además, se puede utilizar un dispositivo de detección de temperatura diferente a la resistencia térmica utilizada como dispositivo de detección de temperatura 102. También, se puede utilizar un tiristor diferente al Motorola TRIAC como el tirístor 103, y se pueden utilizar múltiples elementos de calentamiento y otros circuitos de control altemos, como se anotó anteriormente. Por lo tanto, no está diseñada limitación a la invención diferente a las limitaciones contenidas en las reivindicaciones que se anexan. Varias otras características y ventajas de la invención se exponen en las siguientes reivindicaciones.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un calentador de agua que comprende: un tanque para contener agua; una línea de entrada de agua que tiene una abertura de entrada que introduce agua fría al tanque; una línea de salida de agua que tiene una abertura de salida que retira agua caliente del tanque; un primer elemento de calentamiento que se extiende en el tanque; un segundo elemento de calentamiento que se extiende en el tanque; un circuito de control operable para controlar el suministro de energía eléctrica al primero y segundo elementos de calentamiento en ráfagas, respectivamente, cada ráfaga seguida por un período durante el cual la energía eléctrica no se suministra a los elementos de calentamiento, el circuito de control es operable adicionalmente para activar el primer elemento de calentamiento durante un primer período de tiempo y para activar el segundo elemento de calentamiento durante un segundo período de tiempo; y en el cual el tanque tiene un eje longitudinal, en el cual el tanque tiene un plano sustancíatmente ortogonal al eje longitudinal, y en el cual el primero y segundo elementos de calentamiento están colocados dentro del plano sustancialmente ortogonal.

2.- El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el tanque de agua define un volumen de dos tercios superior y un volumen de un tercio inferior, en el cual la abertura de salida está dispuesta dentro del volumen de dos tercios superior y la abertura de entrada está dispuesta dentro del volumen de un tercio inferior, y en el cual el primero y segundo elementos de calentamiento se extienden en el volumen de un tercio inferior. 5 3 - El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el primero y segundo elementos de calentamiento , se activan en una manera secuencial. 4. - El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el primero y segundo elementos de calentamiento 10 se activan en una manera secuencial. 5. - Un calentador de agua que comprende: un tanque para contener agua, el tanque define un volumen que tiene un volumen de dos tercios superior y un volumen de un tercio inferior; una línea de entrada que tiene una abertura de entrada dispuesta dentro del volumen de un tercio inferior, la 15 abertura de entrada añade agua fría al tanque; una línea de salida que tiene una abertura de salida dispuesta dentro del volumen de dos tercios superior, la abertura de salida retira agua caliente del tanque; primero y segundo elementos de calentamiento que se extienden en el volumen de un tercio inferior; un circuito de control operable para controlar el suministro de energía eléctrica al primero y 20 segundo elementos de calentamiento en ráfagas, cada ráfaga seguida por un período durante el cual la energía eléctrica no se suministra a los elementos de calentamiento, el circuito de control es operable adicionalmente para activar el primer elemento de calentamiento durante un primer período de tiempo y para activar el segundo elemento de calentamiento durante un segundo período de tiempo. 6. - El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque el segundo elemento de calentamiento y el primer elemento de calentamiento se activan en una manera secuencial. 7. - El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el tanque tiene un eje longitudinal, en el cual el tanque tiene un plano sustancialmente ortogonal al eje longitudinal, y en el cual el primero y segundo elementos de calentamiento están colocados en el plano sustancialmente ortogonal. 8. * El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque el tanque tiene una parte superior y un fondo, en el cual la línea de entrada de agua incluye un tubo de inmersión que se extiende en el tanque en un punto adyacente a la parte superior del tanque, y en el cual la abertura de entrada está adyacente al fondo del tanque. 9. - El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque el tubo de inmersión incluye una válvula colocada en el tubo de inmersión, en el cual la válvula tiene un conducto y está controlada por el circuito de control para introducir agua fría en el tanque de agua a través del conducto. 10. - El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque el tanque tiene una parte superior y un fondo, y en el cual la línea de entrada de agua incluye un tubo de inmersión que se extiende en el tanque en un punto adyacente a la parte superior del tanque. 11.- El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque el tubo de inmersión incluye una válvula colocada en el tubo de inmersión, en el cual la válvula tiene un conducto y está controlada por el circuito de control para introducir agua fría en el tanque de agua a través del conducto.