MXPA04008017A - Sistema de calentamiento para liquidos. - Google Patents

Abstract

Un calentador comprende un recipiente de transferencia termica que tiene un area superficial mejorada, el cual es situado en posicion coaxial en un pleno de gas caliente de combustion. El pleno es formado mediante una camisa de calentamiento de pared doble. El liquido que fluye a traves de la camisa es calentado en forma concurrente por medio del gas de combustion antes que el liquido precalentado sea conducido hacia la parte superior del recipiente para efectuar un intercambio termico a contracorriente en la misma antes de ser descargado de la parte inferior del recipiente. El gas caliente de combustion que fluye a traves del pleno es circunferencialmente dirigido mediante una o mas placas anulares separadas y perforadas que son colocadas a traves del anillo del pleno entre la camisa y el recipiente. La construccion de aluminio del recipiente y la camisa con revestimientos protectores contribuye a tener un calentador ligero para que sea colocado en el piso o incluso para que sea montado en una pared. El calentador es convenientemente implementado en un sistema hidronimo de calentamiento, un sistema de agua caliente potable o una combinacion de ambos.

Description

SISTEMA DE CALENTAMIENTO PARA LIQUIDOS Campo de la Invención La presente invención se refiere a calentadores de líquido que tienen un quemador, los cuales distribuyen la combustión caliente o los gases de combustión que calientan un recipiente de intercambio térmico con aletas que se encuentra lleno con fluido, el gas de combustión es desviado alrededor y a través de deflectores para aumentar la eficiencia. De manera más particular, el liquido primero es precalentado en una primera etapa en una camisa exterior que también es expuesta a los gases de combustión. Este calentador puede aplicarse en los sistemas hidrónicos de calentamiento y en el calentamiento de agua doméstica. Antecedentes de la Invención Los sistemas hidrónicos de calentamiento circulan agua caliente en un sistema cerrado que comprende un calentador de agua y una pluralidad de radiadores. Algunas veces, el agua caliente que puede consumirse también es obtenida a través del intercambio térmico con el sistema hidrónico cerrado. En la actualidad, los más comunes de los calentadores de agua doméstica comprenden un recipiente de presión que tiene una pared cilindrica, una parte superior hemisférica y una parte inferior cóncava hemisférica, la cual Ref.:158125 es directamente expuesta a un quemador de gas o de aceite . La superficie efectiva de intercambio térmico es sustancialmente limitada a la base ' hemisférica . El recipiente también posee un conducto central de humos para la descarga de los gases de combustión y alguna recaptura del calor de los gases calientes de combustión. Una entrada de agua fría es situada junto a la base del recipiente. El agua en el recipiente es calentada y el agua caliente que se origina se eleva hacia la parte superior del recipiente para su extracción por solicitud o por demanda. El recipiente es aislado a lo largo de su porción cilindrica con la finalidad de reducir la pérdida de calor durante los periodos en espera. La eficiencia de este recipiente de agua caliente no es particularmente alta. En sistemas que tienen una demanda más grande de calor, tal como los utilizados para calentar espacio vital, es convencional la utilización de calderas y hornos de intercambio térmico que usan grandes áreas superficiales de transferencia térmica al proporcionar una pluralidad de tubos ya sea, a través de los cuales o alrededor de los cuales pasan los gases de combustión para proporcionar su calor al fluido de transferencia térmica en el lado opuesto de los tubos. A menudo, los tubos se extienden en dirección lineal entre las cabezas opuestas o son enrollados a fin de minimizar el espacio y maximizar el área superficial. Existen muchas uniones conectivas, materiales relativamente frágiles de construcción y muchas posibilidades de falla y que originan reparaciones costosas . En el pasado y en desuso en la actualidad debido a la baja eficiencia, se introdujo un calentador de agua que utilizaba un depósito invertido de agua de forma de cono con aletas, el cual era encerrado en una camisa cilindrica exterior. Este calentador es específicamente señalado en las Patentes Canadienses 405, 431 en 1942 y CA 473,394 en 1952, ambas de Wenger. Un pleno anular que tiene un área en sección transversal que disminuye hacia arriba fue formado entre el depósito cónico y la camisa a través de la cual fueron conducidos los gases de combustión para el calentamiento del depósito. Del mismo modo que en los calentadores comunes de agua caliente, se introdujo agua fría en la base del depósito y el agua caliente fue removida de la parte superior del depósito. El depósito fue reforzado con aletas y la transferencia térmica sucedió en una forma sustancial a través de la conducción de calor hacia el depósito a partir de los gases calientes de combustión que pasan en un flujo concurrente hacia arriba a través del pleno en dirección de la pared lateral del depósito. Los gases calientes de combustión fueron ventilados del pleno. Mientras el éxito fue debido a su simplicidad y conflabilidad, sus eficiencias se convirtieron en inaceptables y eventualmente su uso disminuyó.

El uso de calderas de tubería enrollada es asociado con un alto costo y reparaciones caras aunque tiene eficiencias relativamente altas. Los calentadores de tipo de cono de Wenger eran económicos, asociados con un bajo mantenimiento aunque solamente tenían bajas eficiencias. Estas desventajas de los sistemas de la técnica anterior se cree que serán resueltas por el calentador de agua de la presente invención. SUMARIO DE LA INVENCIÓN En un aspecto de la presente invención, se proporciona un calentador para el suministro de agua caliente en un sistema de calentamiento. El calentador comprende una combinación de un recipiente de transferencia térmica que tiene un bajo mantenimiento y un área superficial mejorada, el cual es situado en un pleno anular de gas caliente de combustión. En un arreglo preferido, cuando se utiliza una camisa de calentamiento de pared doble de primera etapa y complementaria, la eficiencia es aumentada de manera que pueda ser comparable con los sistemas más sofisticados, costosos y de más alto mantenimiento de la técnica anterior. El gas caliente de combustión que fluye a través del pleno es circunferencialmente dirigido por una o más placas perforadas anulares para aumentar la transferencia térmica convectiva alrededor del recipiente. En un aspecto amplio de la invención, el calentador comprende: un alojamiento que tiene una base y un extremo superior de escape que forma un pleno que conduce un flujo de gas caliente de combustión a partir de un quemador situado adyacente a la base del alojamiento; un recipiente de transferencia térmica que posee un cuerpo sustancialmente cónico con una extremidad cerrada y una parte superior cerrada, el cuerpo reside en una posición sustancialmente coaxial dentro del pleno de manera que forma un espacio anular entre los mismos a través del cual fluyen los gases calientes de combustión hacia arriba en dirección del extremo de escape, la extremidad del cuerpo es orientada lo más cercana al quemador y posee paredes laterales que divergen hacia arriba en dirección del extremo de escape del pleno; una entrada adyacente a la parte superior del recipiente y una salida de recipiente adyacente a la extremidad del recipiente, de modo que el líquido fluya hacia abajo y a contracorriente en el gas caliente de combustión y que sea calentado antes de ser descargado del recipiente; y una o más placas anulares situadas en posición transversal a través del espacio anular para distribuir, por lo menos parcialmente, el gas caliente de combustión alrededor del recipiente conforme pasa hacia arriba mediante una o más de las placas anulares . Para esta modalidad, se prefiere aislar el alojamiento, el alojamiento alcanza con rapidez las temperaturas del gas de combustión.

De preferencia, las placas anulares contienen una pluralidad de orificios a través de las mismas, al menos algunas de las cuales son placas de persiana que forman deflectores que impulsan el gas de combustión de manera que circule alrededor del recipiente. En donde sean utilizadas dos o más placas, los deflectores pueden ser orientados en la misma dirección circunferencial o en direcciones alternativamente opuestas . De manera más preferible, el calentador puede ser colocado con una camisa de precalentamiento 'que contiene el líquido para precalentarlo antes que sea dirigido hacia el recipiente. La camisa acepta incluso más calor del gas caliente de combustión y origina en forma benéfica una temperatura exterior más baja de la camisa, la cual incluso no podría requerir aislamiento térmico cuando el líquido de alimentación entra en el calentador a temperatura ambiente. La camisa anular comprende las paredes interior y exterior, las cuales se encuentran cerradas en un extremo inferior y en un extremo superior y forman un espacio en sección transversal anular entre las mismas, la pared interior forma el alojamiento y el cual se encuentra en comunicación conductiva térmica con los gases calientes de combustión en el pleno; una entrada en el extremo inferior de la camisa y una salida en el extremo superior de la camisa, de modo que el líquido pueda fluir de la entrada a la salida y que sea precalentado antes de ser descargado en la entrada del recipiente. ' En otro aspecto amplio, la camisa del precalentador puede ser combinada con cualquiera de una diversidad de intercambiadores térmicos para un uso conveniente y más efectivo de los gases calientes de combustión. Una mejora adicional en eficiencia puede ser obtenida agregando una o más placas anulares . Breve Descripción de las Figuras La Figura 1 es una vista esquemática de un sistema combinado, tanto de calentamiento de espacio, como de calentamiento de agua potable que integra un calentador de la presente invención; La Figura 2 es una vista en isométrico de un recipiente cónico situado en un pleno de acuerdo con una modalidad de la invención; Las Figuras 3a y 3b son dos estilos de placas anulares que tienen una pluralidad de deflectores formados en las mismas, alrededor de 36 deflectores en la placa superior de la Figura 3a, y alrededor de 55 deflectores y 9 orificios adicionales sin deflectores en la Figura 3b; La Figura 4 es una vista lateral en sección transversal de una porción de una pared lateral del recipiente y una porción radial de una placa anular con una representación del flujo de gas caliente de combustión a través de una pluralidad de deflectores ; Las Figuras 5a y 5b son vistas esquemáticas que ilustran un recipiente en su pleno y que tienen un par de placas anulares y deflectores que inducen el flujo circunferencial del gas caliente de combustión alrededor del recipiente. La Figura 5a ilustra cada placa anular que induce la misma dirección de flujo y la Figura 5b ilustra la inducción de direcciones alternas de flujo; La Figura 6 es una vista lateral en sección transversal del recipiente y la camisa de agua de calentamiento e ilustra en forma esquemática un flujo preferido de líquido a través del calentador que incluye una camisa de precalent miento ; Las Figuras 7a y 7b son vistas lateral en sección transversal parcial y en planta de la parte superior y la entrada del recipiente y la descarga de liquido en el recipiente; Las Figuras 8a-8c son diagramas que ilustran la mejora en la eficiencia de calentamiento mediante la aplicación de distintas modalidades de la presente invención; y La Figura 9 es una vista en perspectiva superior de un sistema hidrónico que implementa un calentador de la presente invención adecuado para su integración con el circuito de la Figura 1.

Descripción Detallada de la Modalidad Preferida Con referencia a la Figura 1, se proporciona un calentador 10 en un sistema para el calentamiento de líquidos. En este punto, varias modalidades son descritas, una de las cuales incluye un sistema cerrado tal como un sistema hidrónico de calentamiento que eleva la temperatura de un primer líquido en el calentador, el cual es normalmente recirculado como líquido caliente en un sistema de calentamiento de agua doméstica. En otra modalidad, el calentador eleva la temperatura de un primer fluido en un sistema cerrado para calentar, en forma indirecta, un segundo líquido. Un ejemplo de este sistema comprende el calentamiento, por ejemplo, de líquido, glicol o agua en el calentador y el paso de éste líquido caliente a través de un intercambiador térmico para el calentamiento de agua potable como el segundo líquido. El calentador puede ser parte de un sistema de calentamiento o puede ser utilizado en forma independiente para elevar la temperatura del líquido designado. Como se muestra en la Figura 1, en una situación común de calentamiento doméstico hidrónico, una modalidad del calentador 10 de la presente invención es parte de un circuito cerrado de calentamiento 11 que circula un líquido tal como agua y el medio de transferencia térmica. El calentador comprende una porción de intercambio térmico 30 (descrita en detalle más adelante) y un quemador 12, el cual quema una mezcla de combustible 13 y aire 14 y emite el gas caliente de combustión 35. El calentador acepta agua enfriada y produce agua caliente para su reintroducción en el circuito cerrado de calentamiento 11. El circuito tiene una fuente de agua de reposición o relleno 14. El circuito también incluye un tanque de expansión 15 y una bomba de circulación 16. El circuito 11 suministra agua caliente a una pluralidad de dispositivos o radiadores de calentamiento, tales como convectores, serpentines de ventilador y tubería de calentamiento de piso 17 o radiadores de ambiente 18, como se representa en la Figura 1. También es ilustrado un circuito de calentamiento de agua potable. El agua potable 20 es dirigida a través de un líquido convencional a un intercambiador térmico de líquido 21 para efectuar la transferencia térmica del circuito 11 al agua potable 20. El intercambiador térmico 21 tiene dos cámaras en comunicación térmica, una primera cámara en comunicación líquida con el agua caliente en el circuito 11 y una segunda cámara en comunicación con un abastecimiento de agua potable 20. En mayor detalle y con referencia a la Figura 2, en una primera modalidad independiente, el calentador 10 comprende un alojamiento cilindrico 31 que tiene una base 32 y un extremo superior de escape 33. Uno o más quemadores 12 son situados en la base 32 del alojamiento 31. El alojamiento 31 forma un pleno 34 que conduce los productos de corribustión, o gas caliente de combustión 35, hacia el extremo de escape 33. Un quemador adecuado es un quemador de gases de baja presión naturalmente aspirado. Como se muestra en la Figura 1, el quemador comprende uno o más cabezales anulares de quemador que tienen una multiplicidad de puertos que emiten una mezcla de gas combustible/aire. Aquellas personas de experiencia en la técnica tienen el conocimiento y la capacidad de proporcionar la combinación asociada del tipo de gas, la presión de gas, el tamaño del orificio y el número y tamaño de puertos del cabezal del quemador que sean requeridos para efectuar una combustión eficiente. El escape superior también produce una corriente de aire suficiente para extraer los gases calientes de combustión y para evitar el regreso al quemador. Los cabezales del quemador se encuentran separados por debajo del extremo de la extremidad del cuerpo. Mediante la separación de los quemadores 12 por debajo del recipiente 40, de modo que la mezcla de aire y combustible alcanzan antes el Íntercambiador de calor del recipiente, los gases de combustión no son disuadidos del contacto íntimo con el recipiente . Un recipiente de transferencia térmica 40 es suspendido en el alojamiento 31 para recibir calor de los quemadores 12 y del gas caliente de combustión 35.

Existe una diversidad de recipientes de transferencia térmica que pueden ser aplicados. Un recipiente de cuerpo unitario de superficie mejorada tiene como ventaja la simplicidad del uso. Los intercambiadores térmicos enrollados tienen la ventaja de un área superficial más grande. El uso de un intercambiador térmico enrollado en combinación con una camisa de precalentamiento es descrito en mayor detalle más adelante . En una modalidad, el recipiente 40 posee un cuerpo sustancialmente cónico 41 con una extremidad cerrada 42 y una parte superior cerrada 43. El recipiente 40 es situado en una posición sustancialmente coaxial dentro del pleno 34, de modo que se encuentre en contacto con los gases calientes de combustión 35 a través de la superficie del recipiente 40. La extremidad 42 del cuerpo es orientada lo más cercana a la base 32. En consecuencia, el cuerpo tiene las paredes laterales 46 que divergen hacia arriba en dirección del extremo de escape 33 del pleno. Las paredes laterales 46 del cuerpo son colocadas con una pluralidad de' aletas de transferencia térmica 47. Las aletas 47 son mostradas que se extienden en dirección axial a lo largo de las paredes laterales del cuerpo. Mientras que estas aletas pueden ser más difíciles de manufacturar, las aletas 47 también pueden ser formadas en otras orientaciones tales como en dirección circunferencial o helicoidal alrededor del cuerpo 41 del recipiente.

Un espacio anular 48 es formado entre el cuerpo 41 del recipiente y el alo amiento 31 para permitir que los gases calientes de combustión 35 fluyan de los quemadores 12, a través del recipiente 40 y hacia el extremo de escape 33 del alojamiento. El alojamiento puede ser cilindrico y la sección transversal del espacio anular disminuye hacia arriba hasta un mínimo en aproximadamente el extremo superior 43 del cuerpo. Una restricción entre el extremo superior 43 del recipiente y el alojamiento 31 en la parte superior del espacio anular 48 ha sido encontrada para ayudar a crear una corriente de aire para el gas de combustión que ayuda en el proceso de combustión. El recipiente 40 tiene una entrada 50 adyacente a la parte . superior 43 del cuerpo cónico 41 para la entrada de líquido relativamente frío al recipiente. Una salida 51 es situada adyacente a la extremidad 42 del cuerpo cónico 41, la cual efectúa la descarga de líquido caliente del recipiente. En consecuencia, y en distinción por contraste en los calentadores convencionales de agua, el líquido fluye en la entrada 50, hacia abajo a través del recipiente 40 y fuera de la salida 51, mientras el gas de combustión 35 se eleva y fluye hacia arriba a través del recipiente 40; el líquido y los gases establecen un intercambio térmico a contracorriente. Haciendo referencia a las Figuras 2, 3a y 3bf una o más placas anulares 60 son situadas en posición transversal a través del espacio anular 48. Cada placa 60 tiene una pluralidad de orificios -61 formados en la misma para permitir que los gases calientes de combustión 35 pasen a través de los mismos. Con referencia a las Figuras 3a-5b, en una modalidad alterna, al menos algunos de los orificios 61 son colocados con persianas o deflectores 62 que desvían el gas de combustión 35 en dirección lateral. Como se muestra en las Figuras 3 y 4, los deflectores 62 se extienden en dirección lateral a través de los orificios. Mediante la orientación de todos los deflectores en dirección circunferencial, y en la misma dirección, los gases de combustión pueden ser inducidos a moverse en cierto modo en una dirección circunferencial y de esta manera, se arremolinan alrededor del recipiente 40 conforme se desplazan hacia arriba del pleno 34 en dirección del escape superior 33. Las placas 60 tienen una periferia interior 60i y una periferia exterior 60o, cada una de las cuales es dimensionada en el cuerpo 41 y el alojamiento 31, de manera respectiva, de modo que el gas de combustión 35 sea empujado a fluir a través de los orificios 61 de la placa y en el caso de los deflectores 62, para que sean empujados en espiral hacia arriba del espacio anular 48. De manera general, los orificios 61 de la placa son colocados en una posición circunferencialmente uniforme alrededor de las placas 60, de modo que los gases calientes de combustión 35 sean distribuidos en una manera sustancialmente uniforme alrededor del pleno.

Con referencia a las Figuras 5a y 5b, el uso de más de una placa 60 con los deflectores 62, permite controlar la totalidad del movimiento del gas caliente de combustión. Las placas se encuentran verticalmente separadas y las placas sucesivas con deflectores que tienen la misma orientación pueden volver a inducir a que el gas de combustión se mueva en la misma dirección (Figura 5a) . Las placas sucesivas con los deflectores que tienen una orientación alternante y opuesta, inducirán a que el gas de combustión se mueva en direcciones opuestas (Figura 5b) . Una o más placas anulares 60 son verticalmente separadas a lo largo del recipiente 40. La placa más inferior de las placas 60 es situada lo suficientemente por encima del quemador de modo que haga contacto o choque en forma mínima en el proceso de combustión del quemador. El agua más fria que penetra en el recipiente en la entrada superior 50, es calentada mediante conducción a través de las paredes laterales del cuerpo y se desplaza como agua caliente fuera de la salida inferior 51. Es posible realizar un calentamiento adicional utilizando el alojamiento en sí mismo para recuperar el calor del quemador y el gas caliente de combustión. Cuando se utiliza como una etapa única de calentamiento, se prefiere que el alojamiento sea aislado por seguridad y con propósitos de conservación del calor. En otra modalidad, el alojamiento 31 es formado en sí mismo en una camisa anular de agua 70. La chaqueta o camisa se encuentra en una etapa de precalentamiento para el liquido. Es concebible que la camisa que incluso no pueda requerir aislamiento como el agua de alimentación de entrada, aunque el líquido dentro de la misma está experimentando un proceso de calentamiento, tampoco podría requerir aislamiento en su periferia. La solicitante no está enterada de un calentador proporcionado con una camisa de precalentamiento, sin considerar la forma de la caldera principal o la porción de intercambio térmico. La camisa tiene una pared interior cilindrica 71 que forma el alojamiento 31 para el recipiente 40 y que se encuentra en comunicación conductiva térmica con los gases calientes de combustión 35 en el pleno 34. Una pared exterior cilindrica 72 es situada en posición concéntrica alrededor de la pared interior para formar un espacio de sección transversal anular 73 entre las mismas. El espacio anular 73 se encuentra cerrado en el extremo inferior 74 y en un extremo 75 para ' formar la cámara de agua 76. Una entrada de líquido 77 es formada en la pared exterior 72 del extremo inferior 74 de la camisa para admitir el líquido de alimentación y una salida 78 es formada en la pared interior 71 en el extremo superior 75 de la camisa para conducir el líquido precalentado hacia la entrada 50 del recipiente. En forma opcional, para distribuir mejor el agua de alimentación de entrada de la entrada 77 y en dirección circunferencial alrededor de la camisa 70, podría ser ventajoso utilizar medios tales como un deflector anular 79 situado en el espacio anular entre las paredes interior y exterior 71, 72. Con referencia a la Figura 7, la entrada 50 del recipiente es colocada con una descarga 80 en el interior 81 del cuerpo 41 del recipiente. La descarga 80 es ligeramente orientada hacia abajo (Figura 7a) y en un ángulo en la pared lateral (Figura 7b) , de manera que pueda inducir un movimiento en espiral y de preferencia, un movimiento turbulento del agua conforme ésta fluye hacia abajo a través del recipiente 40. La entrada 50 es situada adyacente a una pared lateral 46. Como se muestra en la Figura 1, el calentador 10' es parte de un sistema de calentamiento de espacio. El sistema es colocado con características de seguridad tales como una auto-desconexión de termocupla y válvulas de liberación de presión. Con referencia a la Figura 9, un calentador es incorporado en un paquete que incluye el tanque de expansión 15, la bomba 16. Un calentador 21 de agua caliente potable también es unido en el circuito 11 inmediatamente adyacente a la bomba 16. En consecuencia, el paquete de calentamiento puede ser aplicado para subir la temperatura de un producto liquido tal como para calentar directamente agua caliente potable. En un sistema más versátil, el calentador eleva la temperatura de un líquido primario tal como agua o glicol, el cual es suministrado a uno o más radiadores y aún intercambiador de calor para un líquido secundario tal como para el calentamiento de agua potable . EJEMPLO: Se construyó un calentador ligero de acuerdo con una modalidad de la invención como se muestra en la Figura 6, y fueron conducidas varias pruebas de desempeño en el mismo. Las paredes laterales del cuerpo fueron formadas de una aleación de aluminio fundido con un espesor de 0.47 centímetros (0.187 pulgadas) con aletas verticalmente orientadas que fueron incorporadas en las paredes laterales ; las aletas alternaron entre una altura de 1.90 y 1.27 centímetros (0.75 y 0.5 pulgadas). El recipiente 40 fue de 35.56 centímetros (14 pulgadas) de altura con un extremo superior 43 formado de una placa de aluminio fundido aproximadamente de 20.32 centímetros (8 pulgadas) de diámetro. La camisa 70 fue construida de aluminio laminado con la pared interior y el alojamiento 71, 31 siendo aproximadamente de 21.59 centímetros (8.5 pulgadas) de diámetro formando una separación anular alrededor entre el extremo superior 43 del recipiente y la pared interior 71 aproximadamente de 0.64 centímetros (0.25 pulgadas).

La entrada 50 del recipiente fue colocada con una descarga de tubo de 1.90 centímetros (0.75 pulgadas) en un ángulo hacia abajo aproximadamente de 15° y en ángulo a partir de la pared lateral 46 aproximadamente en 45° . Como se muestra en la Figura 7a, el extremo superior 43 del recipiente fue sellado utilizando una empaquetadura 83 y se aseguró en el cuerpo 41 con una pluralidad de sujetadores. El valor nominal de presión operativa para el recipiente fue aproximadamente de 18 psig. Los componentes de fundición del recipiente fueron tratados dentro y fuera. Se agregó un revestimiento liso y no reactivo de pintura de epóxido de parte única de alta temperatura en el interior del recipiente para la exposición en el fluido de transferencia térmica; en el caso de ejemplo, el fluido fue agua. Varias formulaciones de epóxido son posibles y las personas expertas en la técnica se darán cuenta que aquellas son mejoradas para la transferencia térmica tal como la composición y el color. El exterior primero fue tratado con meta-silicato de sodio de acuerdo con condiciones de vacío (la limpieza y reducción de la porosidad del revestimiento) antes de aplicar un revestimiento de mica-zinc resistente a alta temperatura y anticorrosivo (disponible a partir de Corning) . El lado del líquido de las paredes interior y exterior de la camisa también fueron revestidas con la pintura de epóxido. Los componentes de la camisa cilindrica pueden ser manufacturados de aluminio laminado.

Los quemadores produjeron una salida nominal de calor de 35,000-55,000 Btu/hr como quemadores de gas natural que funcionan en base a una fuente de gas de 3-5 pulgadas de columna de agua y en base al aire de combustión que es naturalmente aspirado. Las temperaturas del quemador de aluminio ayudan a mantener un peso total del calentador excepcionalmente ligero. Las placas anulares fueron de acero inoxidable . Las pruebas se efectuaron con y sin las placas y con una o dos placas instaladas . Las pruebas fueron realizadas, sólo algunas de las cuales se ilustran en este documento. Los objetivos para el calentador particular 10 fueron la consecución de eficiencias más grandes del 80% con niveles de monóxido de carbono por debajo de 200 ppm y las temperaturas de escape del gas de combustión fueron menores aproximadamente de 200-250° C. Distintos calentadores y quemadores pueden alterar los objetivos y en particular, las temperaturas del gas de combustión que todavía podrían ser más altas mientras aún se consiguen altas eficiencias. Las pruebas presentadas en este documento ilustran una gran mejora de eficiencia a partir del recipiente cónico concurrente de la técnica anterior y una vez los objetivos fueron obtenidos, la variación adicional sólo originó cambios mínimos en el desempeño entre las distintas modalidades. Las velocidades de flujo de agua fluctuaron de 1.8-2.2. La combustión fue verificada con un analizador Bacharac Modelo 300. Las pruebas fueron conducidas a 1200 metros por encima del nivel del mar. Una carga térmica fue colocada a través de la salida caliente y la entrada fria en el calentador para formar un diferencial de temperatura. Como se muestra en la Tabla 1 y las Figuras 8a-8c, los resultados incluyeron: En el caso de una placa única, la placa anular fue situada aproximadamente a 12.70 centímetros (5 pulgadas) de la parte superior 43 del recipiente 40 de 35.56 centímetros (14 pulgadas) . En el caso de dos placas, la segunda placa anular fue separada aproximadamente 22.86 centímetros (9 pulgadas) de la parte superior del recipiente o 10.16 centímetros (4 pulgadas) más del primer deflector y aproximadamente 30.48 centímetros (12 pulgadas) por encima de los quemadores para minimizar la incidencia de la flama y para asegurar que se consiguiera una combustión sustancialmente completa. Las temperaturas comunes para una prueba fueron aproximadamente de 140° C en la entrada 77 de la camisa, 160° C en la salida 78 de la camisa en la entrada 50 del recipiente, y aproximadamente 180° de salida en la salida 51 del recipiente con una carga térmica aproximadamente de 40° C. El calentador puede ser utilizado como una nueva instalación o como una actualización. Mientras que una operación fácil, pequeña y libre de mantenimiento es particularmente apreciada en el servicio doméstico, el calentador es adaptable a las operaciones comerciales. El recipiente y la camisa son menos sensibles a las operaciones de agua dura como son las calderas de tipo de serpentín. Mientras una modalidad de la presente invención ha sido mostrada y descrita en este documento, será aparente que muchas modificaciones, alteraciones y variaciones pueden ser efectuadas dentro del alcance amplio que se pretende de la invención como es definido en las reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo, mientras que es preferida la forma cilindrica del alojamiento o la forma cónica del recipiente, otras formas o secciones transversales pueden ser implementadas . Se hace constar que con relación a esta fecha el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (13)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Un calentador que eleva la temperatura de líquidos, caracterizado porque comprende: un alojamiento que tiene una base y un extremo superior de escape para la formación de un pleno que conduce un flujo de gas caliente de combustión a partir de un quemador situado adyacente a la base del alojamiento; un recipiente de transferencia térmica que tiene un cuerpo sustancialmente cónico con una extremidad cerrada y una parte superior cerrada, el cuerpo reside en una posición sustancialmente coaxial dentro del pleno de manera que forma un espacio anular entre los mismos a través del cual los gases calientes de combustión fluyen hacia arriba hacia el extremo de escape, la extremidad del cuerpo es orientada lo más cerca al quemador y tiene paredes laterales que divergen hacia arriba en dirección del extremo de escape del pleno; una entrada de recipiente adyacente a la parte superior del cuerpo cónico que permite la entrada de líquido hacia el recipiente; una salida de recipiente adyacente a la extremidad del cuerpo cónico, de modo que el liquido fluye hacia abajo y a contracorriente en el gas caliente de combustión y es calentado antes de ser descargado del recipiente; y una o más placas anulares situadas en posición transversal a través del espacio anular para distribuir, por lo menos parcialmente, el gas caliente de combustión alrededor del recipiente conforme pasa hacia arriba mediante una o más placas anulares .

2. El calentador . de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo comprende paredes laterales cónicas que tienen aletas que mejoran la transferencia térmica, las cuales son formadas en las mismas y se extienden en dirección radial y entre la extremidad y la parte superior del cuerpo .

3. El calentador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las placas anulares comprenden orificios, al menos algunos de los cuales tienen deflectores que inducen a que el gas de combustión se arremoline alrededor del recipiente conforme fluye a través de los deflectores .

4. El calentador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque una o más de las placas anulares llena en forma sustancial la sección transversal del espacio anular entre el cuerpo y el alojamiento, cada placa posee uno o más orificios a través de la misma y al menos algunos de los orificios tienen deflectores, ios cuales son orientados de manera que los gases calientes de combustión que fluyen hacia arriba del espacio anular, sean dirigidos en una forma sustancialmente circunferencial .

5. El calentador de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque la placa más inferior de una o más placas se encuentra lo suficientemente separada por encima del quemador para permitir efectuar una combustión sustancialmente completa por el quemador.

6. El calentador de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque las periferias interior y exterior de las placas anulares son dimensionadas para colocarse en el cuerpo y el alojamiento, de manera respectiva, de modo que sustancialmente todo el gas de combustión sea dirigido a través de los orificios.

7. El calentador de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque los orificios son colocados, de manera general, en una forma uniformemente circunferencial alrededor de las placas anulares, por medio de lo cual los gases de combustión son distribuidos en una forma sustancialmente uniforme alrededor del pleno.

8. El calentador de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque comprende dos o más placas anulares, los orificios con deflectores de cada placa son orientados en la misma dirección, cada una de los cuales provoca que el gas de combustión tenga que moverse en la misma dirección circunferencial a través del pleno y alrededor del recipiente.

9. El calentador de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque comprende dos o más placas anulares, los orificios con deflectores de las placas anulares sucesivas son orientados en direcciones opuestas para invertir alternamente la dirección circunferencial de los gases calientes de combustión a través del pleno.

10. El calentador de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el quemador es naturalmente aspirado.

11. El calentador de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porgue el quemador comprende uno o más quemadores anulares separados por debajo y radialmente hacia afuera del extremo de la extremidad del recipiente.

12. El calentador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el alojamiento es cilindrico, por medio de lo cual la sección transversal del espacio anular disminuye hacia arriba en dirección del extremo superior del recipiente.

13. El calentador de conformidad con la reivindicación 1, caracte izado además porque comprende : una camisa anular que tiene paredes interior y exterior, las cuales se encuentran cerradas en el extremo inferior y en el extremo superior y forman un espacio de sección transversal anular entre las mismas, la pared interior forma el alojamiento y el cual se encuentra en comunicación conductivas térmica con los gases calientes de combustión en el pleno; una entrada en el extremo inferior de la camisa que admite el líquido de alimentación en la camisa; y una salida en el extremo superior de la camisa, de modo que el líquido pueda fluir de la entrada a la salida y que sea precalentado a través de la pared interior antes que el liquido precalentado sea conducido de la camisa a la entrada del recipiente. 1 . El calentador de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque los medios son situados en el espacio anular entre las paredes interior y exterior para distribuir el líquido de alimentación en dirección circunferencial alrededor de la camisa conforme fluye hacia la salida de la camisa. 15. El calentador de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el alojamiento y una pared interior de la camisa son cilindricos. 16. El calentador de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el medio de distribución comprende un deflector anular situado en el espacio anular de la camisa adyacente y por encima de la entrada de la camisa. 17. El calentador de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque un primer líquido fluye a través del calentador en un circuito cerrado para suministro de agua caliente a uno o más dispositivos de calentamiento en el circuito . 18. El calentador de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque comprende un intercambiador térmico de liquido a líquido que tiene una primera cámara en comunicación térmica con el circuito y una segunda cámara en comunicación con un abastecimiento de agua potable. 19. Un calentador que eleva la temperatura de los líquidos, caracterizado porque comprende: un alojamiento que tiene una base y un extremo superior de escape para la formación de un pleno que conduce un flujo de gas caliente de combustión a partir de un quemador situado adyacente a la base del alojamiento; un intercambiador de calor que reside dentro del pleno y que forma un espacio anular entre los mismos a través del cual fluyen los gases calientes de combustión hacia arriba en dirección del extremo de escape ; una entrada adyacente a la parte superior del intercambiador de calor; una salida adyacente a la parte inferior del intercambiador de calor, de modo que el líquido fluye hacia abajo y en contracorriente al gas caliente de combustión y es calentado antes de ser descargado del intercambiador de calor; una camisa anular que tiene paredes interior y exterior, las cuales se encuentran cerradas en un extremo inferior y un extremo superior y forman un espacio en sección transversal anular entre las mismas, la pared interior forma el alojamiento y el cual se encuentra en comunicación conductivas térmica con los gases calientes de combustión en el pleno; una entrada en el extremo inferior de la camisa que admite líquido de alimentación en la camisa; y una salida en el extremo superior de la camisa, de modo que el líquido puede fluir de la entrada a la salida y puede ser precalentado a través de la pared interior antes que el líquido precalentado sea conducido de la camisa a la entrada en el intercambiador de calor. 20. El calentador de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque comprende una o más placas anulares situadas en posición transversal a través del espacio anular para distribuir parcialmente el gas caliente de combustión alrededor del intercambiador de calor conforme pasa hacia arriba mediante una o más placas anulares.