MXPA06000584A - Sistema de calentamiento de agua para lavavajillas con tubo de inmersion y formador de turbulencia asociado. - Google Patents

Abstract

Una maquina lavavajillas incluye un alojamiento al menos en parte definiendo un area de lavado. Un tanque de agua suministra agua hacia el area de lavado y se provee un sistema de calentamiento de agua para calentar agua dentro del tanque de agua. El sistema de calentamiento de agua incluye un tubo intercambiador de calor sumergido en el agua dentro del tanque de agua y tiene una superficie externa en una relacion de intercambio termico con el agua. Un quemador infrarrojo de gas esta dispuesto a l m enos p arcialmente d entro d el t ubo i ntercambiador d e calor para quemar una mezcla de aire y gas y suministrar los gases de combustion a traves del tubo intercambiador de calor. Un formador de turbulencia se coloca dentro del tubo intercambiador de calor corriente abajo del quemador infrarrojo de gas para introducir turbulencia en los gases de combustion que se transportan a traves del tubo intercambiador de calor.

Description

SISTEMA DE CALENTAMIENTO DE AGUA PARA LAVAVAJILLAS CON TUBO DE INMERSIÓN Y FORMADOR DE TURBULENCIA ASOCIADO CAMPO TÉCNICO La presente solicitud se relaciona con sistemas de calentamiento de agua para lavavajillas y de manera más particular a un sistema de calentamiento de agua para lavavajillas que incluye un tubo de inmersión con un formador de turbulencia dispuesto dentro del mismo.

ANTECEDENTES Las lavavajillas comerciales varían de manera significativa en su diseño y manera de uso, pero muchos incluyen un tanque de calentamiento de agua. El agua puede ser recirculada desde el tanque a través de los brazos de lavado bajo presión por vía de una bomba. En muchos casos, es deseable que la temperatura del agua sea mantenida a un temperatura aproximadamente de, por ejemplo alrededor de 66°C (150°F) en una máquina de temperatura elevada (una que utiliza un enjuague vigoroso final a 83 -91° C [180 - 195° F]) o, por ejemplo, a alrededor de 60° C (140° F) en una máquina de temperatura baja (una que utiliza una mezcla final de enjuague de agua limpia e hipoclorito d e s odio p ara d esinfectar, también sobre los 60° C (140° F). Debido al alto volumen visto por muchas lavavajillas comerciales, cualquier incremento en la eficiencia puede resultar en ahorros substanciales en los costos de operación durante el tiempo.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION En un aspecto, una máquina lavavajillas incluye un alojamiento en parte al menos definiendo un área de lavado. Un tanque de agua abastece agua al área de lavado y se provee un sistema de calentamiento de agua para calentar el agua dentro del tanque de agua. El sistema de calentamiento de agua incluye un tubo intercambiador de calor sumergido en el agua dentro del tanque de agua y tiene una superficie externa en una relación de intercambio térmico con el agua. Un quemador infrarrojo de gas está dispuesto a I m enos p arcialmente d entro d el t ubo i ntercambiador d e calor para quemar una mezcla de aire y gas, y suministrar los gases de combustión a través del tubo intercambiador de calor. Un formador de turbulencia se coloca dentro del tubo intercambiador de calor corriente abajo del quemador infrarrojo de gas para introducir turbulencia en los gases de combustión que se transportan a través del tubo intercambiador de calor. En otro aspecto, se proporciona un método para incrementar la eficiencia de un sistema de calentamiento de agua para una máquina lavavajillas. El método incluye proporcionar una primera configuración del sistema de calentamiento. La primera configuración del sistema de calentamiento incluye un alojamiento en parte al menos definiendo un área de lavado, un tanque de agua para suministrar agua hacia el área de lavado, un sistema calentador de agua para calentar el agua dentro del tanque de agua, el sistema calentador de agua incluyendo un tubo intercambiador de calor dentro del tanque de a gua, y un quemador infrarrojo de gas dispuesto al menos parcialmente dentro del tubo i ntercambiador d e calor p ara q uemar u na m ezcla de aire y gas, y suministrar los gases de combustión a través del tubo intercambiador de calor. La primera configuración del sistema de calentamiento tiene una eficiencia durante una operación de calentamiento de agua. La eficiencia es aumentada al colocar el formador de turbulencia dentro del tubo intercambiador de calor corriente abajo del quemador infrarrojo de gas para introducir turbulencia en los gases de combustión que son transportador a través del tubo intercambiador de calor. Los detalles de uno o más modalidades se establecen en los dibujos acompañantes y la descripción siguiente. Otras características, objetos y ventajas serán evidentes a partir de la descripción y dibujos, y de las reivindicaciones.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista superior en sección parcial de una modalidad del sistema de calentamiento de agua con un tubo intercambiador de calor mostrado en sección. La Figura 2 es una vista en perspectiva de una modalidad del formador de turbulencia. La Figura 2A ilustra un ángulo entre las porciones planas del formador de turbulencia de la Figura 2. La Figura 3 una vista lateral, en sección parcial, de una modalidad de una máquina lavavajillas que incluye el sistema de calentamiento de agua de la Figura 1. Las Figuras 4 y 5 son vistas superiores en perspectiva de una base de la máquina lavavajillas de la Figura 3 sin una cubierta externa. La Figura 6 es una vista en perspectiva de una modalidad de una base de una máquina lavavajillas que incluye una caja deflectora. La Figura 7 es una vista en perspectiva de la base de la Figura 6 sin una pared lateral de la caja deflectora.

DESCRIPCION DETALLADA Refiriéndonos a la Figura 1, un sistema de calentamiento de agua 10 incluye un tubo intercambiador de calor 14 y un calentador 17 que tiene un quemador 22 dispuesto dentro del tubo intercambiador de calor. El calentador 17 incluye conexiones de control 15 para conectar el calentador a una unidad de control (no mostrada) para controlar I a o peración del calentador y quemador 22 asociado durante la operación de calentamiento. En la modalidad ¡lustrada, el tubo intercambiador de calor 14 es de configuración el L que incluye una primera porción de intercambio de calor 16, una entrada de gas 24, una segunda porción de intercambio de calor 18 y una salida de gases 26. Una porción limitadora 20 conecta las primera y segunda porciones de intercambio de calor 16, 18. La porción limitadora 20 tiene una dimensión interior para definir un área de flujo que es menor que aquella de las primera y segunda porciones de calentamiento 16 y 18, por ejemplo, para inducir o crear contrapresión para utilizarse durante la operación. Sin embargo, se deberá entender que la contrapresión puede ser introducida en cualquier lugar en el sistema de calentamiento de agua 10 entre el quemador 22 y la salida de gas 26. Además, l a salida d e g ases 26 conectará típicamente con u n tubo de escape y la contrapresión podría también inducirse en un sitio a lo largo del tubo o trayectoria de escape. Como será descrito en mayor detalla abajo, un formador de turbulencia 30 se localiza dentro del tubo intercambiador de calor 14 corriente abajo del quemador 22. El formador de turbulencia 30 introduce turbulencia en los gases calientes transportados a través del tubo intercambiador de calor. Un calentador 17 apropiado en un calentador infrarrojo (IR) que incluye un quemador infrarrojo IR encendido con gas 22. Típicamente, estos quemadores IR tiene un tubo central hueco permeable alrededor del cual se proporciona un manguito 32 de tela cerámica tejida. Cuando se introduce una mezcla de aire y gas bajo presión utilizando el ventilador 34 hacia el tubo hueco, ésta fluye hacia abajo a través de los intersticios de la tela tejida y, al encender la mezcla, forma la superficie externa total de la tela para servir como una superficie de combustión infrarroja 28. Cuando se ajusta de manera apropiada la presión de la mezcla aire y gas y la contrapresión formada en el diseño, la flama tendrá una zona de quemado que se mantiene en o cerca de la superficie de combustión 28. La discusión adicional de la operación de los calentadores IR en las máquinas lavavajillas se puede encontrar en la patente de los Estados Unidos de América No. 5,794,634, los detalles de la cual son por la presente incorporados por referencia como si se explicarán completamente aquí. Haciendo referencia aún a la Figura 1 , dispuesto dentro de la segunda porción de tubo 18 está el formador de turbulencia 30, el cual está representado por las líneas con guiones para enfatizar que el formador de turbulencia 30 puede ser de cualquier forma apropiada para introducir turbulencia a los gases de combustión que fluyen dentro del tubo intercambiador de calor 14. La turbulencia es introducida al flujo del gas de combustión para forzar los gases de combustión relativamente calientes para que fluyan cerca de la línea central L hacia la superficie interna 44 del tubo intercambiador de calor 14 (ver flechas 19 de la Figura 1) y mezclar los gases de combustión dentro de la cámara 42, por ejemplo, para proporcionar una temperatura de calentamiento más uniforme durante una operación de calentamiento. El formador de turbulencia 30 se prolonga desde un extremo 36 de la porción limitadora 20 hacia la salida 26, la cual está formada por un miembro embridado 38 que incluye una brida 40. El miembro embridado 38 puede utilizarse para conectar el tubo intercambiador de calor 14 a, por ejemplo, un conducto o ducto de salida de una máquina lavavajillas. En una modalidad alternativa, el formador de turbulencia 30 puede no extender hacia la salida 26 y puede incluir, por ejemplo, un extremo libre dispuesto dentro de la cámara 42. En la modalidad ilustrada, el formador de turbulencia 30 tiene un ancho máximo W que es menor que una dimensión interior D de la segunda porción 18, por ejemplo, para asistir en el ensamble. En otras modalidades, W puede ser aproximadamente igual a D. Los materiales adecuados para construir el formador de turbulencia 30 incluyen materiales que tenga un punto de fusión suficientemente elevado para soportar las temperaturas de combustión del gas, tal como acero inoxidable, aluminio, cobre, etc. Los materiales utilizados para construir el formador de turbulencia 30 pueden o no pueden tener buena conductividad térmica. Haciendo referencia a la Figura 2, un ejemplo de un formador de turbulencia 30 incluye una primera porción relativamente plana 46 y una segunda porción relativamente plana 48. Cada una de la primera porción plana 46 y la segunda porción plana 48 forman planos imaginarios respectivos P1 y P2 que están dispuestos a un ángulo T (en algunas modalidades, entre aproximadamente cero y 180°, tal como aproximadamente 45° o mayor, tal como aproximadamente 90°) en relación uno con el otro (Figura 2A). Una porción angulada o torcida 50 de la relación angular variable con respecto a P-i y P2 conecta las primera y segunda porciones planas 46 y 48. Conectado en el extremo 52 del formador de turbulencia 30 está una pestaña de tope 54. Aunque en la modalidad ilustrada cada porción 46, 48 y 50 tienen caras frontal y posterior un poco lisas, 62, 64, las caras frontal y posterior puede estar estriadas, acanaladas, etc. En una modalidad, el formador de turbulencia 30 está calzada en la segunda porción 17 a través de la salida 26, con la pestaña de tope 54 dimensionada para impedir que el formador de turbulencia 30 ingrese a la primera porción 16 del tubo intercambiador de calor 14 y el miembro de contacto 22. La pestaña de tope 54 puede también proporcionar apoyo para fijar el formador de turbulencia 30 dentro de la cámara 42 y mantener la separación de las porciones relativamente planas 46, 48 de la superficie interna 46 del tubo intercambiador de calor 14. Las aberturas 56 y 58 se ubican cerca de los extremos 52 y 60 para asistir en la fabricación del formador de turbulencia 30 permitiendo la inserciones de los miembros torcidos, tal como varillas, de un dispositivo de torsión (no mostrado) a, por ejemplo, formar en frío una placa de preforma en una forma deseada por medio de torsión. El formador de turbulencia 30 puede proporcionar la eficiencia incrementada del sistema a un costo relativamente bajo. La Figura 3 es una vista lateral de una máquina lavavajillas 70 que incluye un alojamiento 72 por arriba de una base 74, una puerta móvil 78 y una cámara de lavado 76 encerrada por la puerta móvil 78, mientras que las Figuras 4 y 5 muestra el sistema de calentamiento de agua 10 conectado a un tanque de agua 80 q ue tiene u na a bertura superior que permite la comunicación con la cámara de lavado. Refiriéndonos brevemente a la Figura 3, se muestra esta modalidad particular de máquina lavavajillas por propósitos ilustrativos, siendo entendido que el sistema de calentamiento 10 puede ser útil con otras modalidades de máquina lavavajillas, tal como l as m áquinas l avavajillas d e tipo b anda transportadora, u otros tipos de máquinas lavavajillas, por ejemplo, donde se recircula el agua de lavado cargada con detergente o agua de enjuague por medio de una bomba a través de uno o más brazos de lavado / enjuague u otras estructuras que rocían líquido sobre la vajilla que se va a limpiar. En la modalidad ilustrada, la puerta móvil 78 encierra la cámara de lavado 76 en la cual las rejillas de platos se colocan entre un brazo superior de lavado 82 y un brazo inferior de lavado 84, cada uno de los cuales se provee con boquillas de asperjado. El agua es alimentada a los brazos de lavado 82, 84 mediante una bomba 86 que puede incluir una toma de agua con malla 88 y se hace pasar a través de un conducto 90 hacia los brazos. La toma de agua 88 está adyacente a y conduce el agua a través de una abertura 92 (Figura 5) hacia el tanque de agua 80. El agua alimentada a los brazos de lavado 82, 84 es dirigida sobre la vajilla colocada dentro de la cámara de lavado 76 y el agua drena de regreso hacia el tanque de agua 80 desde la vajilla, permitiendo la recirculación del agua a través del tanque 80 como se desea. Refiriéndonos ahora a las Figuras 4 y 5, el agua puede ser mantenida a un nivel de llenado predeterminado (por ejemplo, como se muestra por la línea de guiones 91 ) dentro del tanque de agua 80 durante una operación de lavado. Cuando se llena preliminarmente, el tanque de agua 80 pede ser llenado desde cualquiera de un suministro de agua separado o a través de una línea de agua convencionalmente abastecida. El nivel del agua dentro del tanque de agua 80 puede ser monitoreado, por ejemplo, utilizando un interruptor de flotador o un sensor electrónico (no mostrado) que pueden ser accionados para abrir o cerrar una válvula de llenado cuando el agua alcanza un nivel deseado. Un desagüe 94 se provee en la parte inferior del tanque de agua 80 y puede estar separado de o asociado con un depósito vertical de agua (no mostrado). El nivel de agua puede mantenerse dentro del tanque de agua 80 de manera tal que el tubo intercambiador de calor 14 está sumergido completamente dentro del agua. Haciendo referencia de manera particular a la Figura 4, el tubo intercambiador de calor 14 extiende por lo general de manera horizontal dentro del tanque de agua 80 con la primera porción 16 conectada a una pared frontal 96 del tanque de agua 80 y la segunda porción 18 conectada a una pared posterior 98 del tanque de agua. Un conducto de suministro de gas 100 (Figuras 1 y 5) se extiende desde el ventilador 34 hacia el quemador 22 para abastecer la mezcla de aire y gas al quemador. En algunos casos, la adición del formador de turbulencia 30 al tubo intercambiador de calor 14 de un lavavajillas puede mejorar la eficiencia de calentamiento de la lavavajillas por aproximadamente 2% (por ejemplo, comparado con la misma lavavajillas sin el formador de turbulencia 30). Por ejemplo, la eficiencia de un sistema de calentamiento fue medida para ser aproximadamente 80% sin el formador de turbulencia 30 y, después de agregar el formador de turbulencia 30 asegurando el formador de turbulencia dentro del tubo intercambiador de calor 14, se midió la eficiencia del sistema de calentamiento para ser aproximadamente 82%. La eficiencia del sistema de calentamiento se determinó midiendo la cantidad de unidades de calor (BTU) y el tiempo necesario para incrementar la temperatura de 50.21 kg de agua por 27° C en un tanque piloto que incluye una caja deflectora 1 0 como se muestra en las Figuras 6 y 7 que utiliza un calentador IR que tiene un valor de BTU UL registrado en 25,000 y un tubo intercambiador de calor con un área superficial de 1851 cm2. La ecuación siguiente se utilizó para calcular la eficiencia y los resultados están resumidos en el Cuadro I que sigue.

Eficiencia = (Incremento de Temperatura) (Peso de Agua) (Unidades Térmicas) (Tiempo) Se va a comprender claramente que la descripción anterior se propone a manera de ilustración y ejemplo únicamente y no tiene la intención de que sea tomada a manera de limitación, y que son posibles cambios y modificaciones. Por ejemplo, aunque se describe principalmente un tubo intercambiador de calor 14 en forma de L, se puede emplear cualquier otra forma adecuada, tal como un tubo intercambiador de calor en forma de U. Además, la transferencia de calor adicional al agua podría lograrse por incluir una caja deflectora a lo largo de una pared inferior del tanque de agua para recibir los gases de combustión desde el tubo intercambiador de calor y/o incluyendo una caja deflectora a lo largo de una pared lateral del tanque de agua. Como un ejemplo, las Figuras 6 y 7, muestras que la base 74 incluye una caja deflectora 110 ubicada a lo largo de la p ared l ateral d el tanque d e a gua. Refiriéndonos a l a F igura 7 , d entro d e l a caja deflectora 1 10 las placas de desviación 12 dirigen los gases de combustión que salen de la salida 26 a lo largo de una trayectoria tortuosa para el calentamiento adicional del agua a través de la pared lateral del tanque de agua. La caja deflectora 110 incluye una salida 120 para la conexión a un ducto de salida. En algunas modalidades, el formador de turbulencia podría también ser configurado para proporciona una restricción de flujo, el cual puede inducir la contrapresión en el tubo intercambiador de calor para la operación más efectiva. Por consiguiente, se consideran otras modalidades.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Una máquina lavavajillas que comprende: un alojamiento que define al menos en parte un área de lavado; un tanque de agua para suministrar agua al área de lavado; un sistema de calentamiento de agua para calentar el agua en el tanque de agua, caracterizado el sistema de calentamiento de agua porque incluye un tubo intercambiador de calor sumergido en el agua dentro del tanque y que tiene una superficie externa en una relación de intercambio térmico con el agua; un quemador infrarrojo de gas dispuesto al menos parcialmente dentro del tubo intercambiador de calor para quemar una mezcla de aire y gas y alimentar los gases de combustión a través de tubo ¡ntercambiador de calor; y un formador de turbulencia colocado dentro del tubo intercambiador de calor corriente abajo del quemador infrarrojo de gas para introducir la turbulencia en los gases de combustión que mueven a través del tubo intercambiador de calor.

2. La máquina lavavajillas de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el formador de turbulencia incluye una primera porción plana que define un primer plano y una segunda porción plana que define un segundo plano, .el segundo plano cruzando el primer plano a un ángulo mayor de cero grados y menor de 180 grados.

3. La máquina lavavajillas de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el ángulo es de aproximadamente 90 grados.

4. La máquina lavavajillas de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque comprende una porción angulada o torcida que conecta la primera y segunda porciones planas y que tiene una relación angular variable con respecto a las primera y segunda porciones planas.

5. La máquina lavavajillas de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el formador de turbulencia comprende acero inoxidable.

6. La máquina lavavajillas de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el tubo intercambiador de calor es forma de L.

7. La máquina lavavajillas de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el tubo intercambiador de calor incluye una primera porción conectada a una segunda porción en una relación desplazada, estando el formador de turbulencia alojado al menos parcialmente dentro de la segunda porción y no dentro de la primera porción.

8. La máquina lavavajillas de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque el quemador infrarrojo de gas está dispuesto solo dentro de la primera porción.

9. La máquina lavavajillas de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque comprende una porción limitadora que conecta la primera y segunda porción, la porción limitadora dimensionada para definir un área de flujo menor que aquella de la primera y segunda porciones para crear la contrapresión dentro de la primera porción durante el uso.

10. La máquina lavavajillas de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque el formador de turbulencia extiende desde un extremo de la segunda porción hacia una salida del tubo intercambiador de calor. 1 1. La máquina lavavajillas de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el formador de turbulencia tiene un ancho que es menor que una dimensión interior del tubo intercambiador de calor.