MXPA06011504A

MXPA06011504A - Calentador electrico de agua con tubo de inmersion de salida de agua caliente.

Info

Publication number: MXPA06011504A
Application number: MXPA06011504A
Authority: MX
Inventors: James York; Don Pridemore
Original assignee: American Water Heater Co
Priority date: 2005-10-05
Filing date: 2006-10-04
Publication date: 2007-04-09
Also published as: CN1945154B; US20070077043A1; CN1945154A; CA2561990A1; US7203418B1; CA2561990C

Abstract

Un calentador electrico de agua que incluye un contendor de agua; un elemento asociado con el contenedor de agua para calentar el agua en el contenedor de agua; una entrada de agua fria asociada con el contenedor de agua; una salida de agua caliente asociada con el contendor de agua; y un tubo de inmersion conectado a la salida de agua caliente, teniendo el tubo de inmersion por lo menos una abertura proxima a la salida de agua caliente y por lo menos una abertura colocada proxima a o debajo del elemento.

Description

CALENTADOR ELÉCTRICO DE AGUA CON TUBO DE INMERSIÓN DE SALIDA DE AGUA CALIENTE CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a calentadores eléctricos de agua, particularmente a calentadores eléctricos de agua de eficiencia energética que tienen una capacidad de primera hora mejorada.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La industria de los calentadores de agua, durante muchos años ha intentado fabricar calentadores de agua que son de mayor eficiencia energética. Se han realizado diversos mejoramientos durante los años, incluyendo el mejor aislamiento del tanque de agua y la implementación de microcontroladores para controlar mejor los elementos de calentamiento y utilizar una cantidad disminuida de energía para producir el agua caliente. Aunque se han realizado progresos sustanciales, aún existe un espacio amplio para el mejoramiento. También, en el caso de calentadores eléctricos de agua, éstos tienen una desventaja relativa con los calentadores de gas para agua con respecto a las capacidades de la primera hora. Por consiguiente, existe una necesidad de proveer calentadores eléctricos de agua con capacidades de primera hora mejores.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un calentador eléctrico de agua que incluye un contenedor de agua; un elemento asociado con el contenedor de agua para calentar el agua en el contenedor de agua; una entrada de agua fría asociado con el contenedor de agua; una salida de agua caliente asociada con el contenedor de agua; y un tubo de inmersión conectado a la salida de agua caliente, teniendo el tubo de inmersión por lo menos una abertura próxima a la salida de agua caliente y por lo menos una abertura colocada próxima a o debajo del elemento. La presente invención también se refiere a un calentador eléctrico de agua que incluye un tanque de agua; un elemento superior asociado con el tanque para calentar el agua en el tanque; un elemento inferior asociado con el tanque para calentar el agua en el tanque; una entrada de agua fría colocada en una porción superior del tanque; una salida de agua colocada en la porción superior del tanque; y un tubo de inmersión conectado a la salida de agua caliente y que tiene una pluralidad de aberturas superiores colocadas entre la porción superior y el elemento superior, y una pluralidad de aberturas inferiores colocadas próximas a o debajo del elemento superior.

La presente invención, adicionalmente se refiere a un método para incrementar el suministro de agua de la primera hora de un calentador eléctrico de agua que incluye un tanque de agua, un elemento de calentamiento, una entrada de agua fría y una salida de agua caliente, que incluye: reducir la temperatura del agua caliente que pasa a través de la salida de agua caliente provocando que el agua relativamente más fría en el tanque se mezcle con el agua relativamente más caliente en el tanque, conectando un tubo de inmersión que tiene por lo menos una abertura próxima a la salida de agua caliente y por lo menos una abertura colocada próxima a o debajo del elemento, de tal manera que el agua relativamente más callente ingresa a través de por lo menos una abertura próxima a la salida de agua caliente y el agua relativamente más fría ingresa a la salida de agua caliente a través de por lo menos una abertura próxima a o debajo del elemento. La presente invención todavía adicionalmente se refiere a un método para incrementar el suministro de agua de la primera hora desde un calentador eléctrico de agua que incluye un tanque de agua, un elemento, una entrada de agua fría y una salida de agua caliente, que incluye: mezclar el agua relativamente más fría en el tanque con el agua relativamente más caliente en el tanque con un tubo de inmersión que tiene por lo menos una abertura adyacente a una porción superior del tanque y por lo menos una abertura colocada próxima a o debajo del elemento y conectada a la salida de agua caliente.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 , es una vista en elevación frontal esquemática de un calentador eléctrico de agua de acuerdo con los aspectos de la presente invención, en donde las líneas con guiones indican las características internas. La Figura 2, es una vista en elevación frontal esquemática del calentador de agua de la Figura 1 , girado a 90°. La Figura 3, es una vista plana superior del calentador de agua mostrado en las Figuras 1 y 2. La Figura 4, es una vista en elevación frontal de un tubo de inmersión de entrada de agua caliente de acuerdo con los aspectos de la presente invención. La Figura 5, es una vista plana del fondo del tubo de inmersión de la Figura 4.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Se apreciará que la siguiente descripción tiene la intención de hacer referencia a los aspectos específicos de la presente invención seleccionados para su ilustración en los dibujos y no tiene la intención de definir o limitar la presente invención, de otra manera que en las Reivindicaciones anexas.

Las Figuras 1 a 3, muestran un calentador eléctrico de agua 10 de acuerdo con los aspectos de la presente invención. El calentador eléctrico de agua 10 incluye un tanque de agua 12 rodeado por un aislamiento de espuma 14, el cual está rodeado en sí mismo por una cubierta exterior 16. La cubierta exterior 16 está tapada en su extremo superior por una plancha superior 18 y en su extremo inferior por una plancha del fondo 20. Una válvula de drenaje 22 está localizada cerca de la plancha del fondo y se extiende hacia fuera desde el tanque 12, a través de la espuma aislante 14 y la cubierta exterior 16. De manera similar, una válvula de liberación de temperatura y presión 24 está localizada cerca de la parte superior del calentador eléctrico de agua 10 y se extiende hacia fuera desde el tanque 12, a través de la espuma aislante 14 y la cubierta exterior 16. El agua en el tanque 12 es calentada con un elemento superior 26 y un elemento inferior 28. El elemento superior 26 se conecta con el lado del tanque 12 y normalmente incluye una base de montaje 30 junto con un dispositivo detector tal como un termistor (no mostrado). El elemento inferior 28 tiene una base de montaje similar 32 y un elemento de detección similar tal como un termistor (no mostrado). Ambos elementos 26 y 28, se conectan a un dispositivo de control, el cual en este caso, es el microcontrolador 34 colocado en un espacio vacío en la plancha superior 18. El controlador también es conectado a un termostato superior 36 y un termostato inferior 38, los cuales se conectan en forma operativa a los elementos 26 y 28, respectivamente. Esta es la única de muchas configuraciones posibles. Por ejemplo, es posible emplear termostatos electromecánicos "estándar", controles electrónicos con termistores y los similares. En cualquier caso, la forma de controlar la porción eléctrica del calentador de agua no es crítica para la presente invención. El calentador eléctrico de agua 10 también tiene una entrada de agua caliente 40 que se extiende desde la parte superior del tanque 12 a través de la plancha superior 18. De manera similar, el calentador eléctrico de agua 10 tiene una salida de agua caliente 42 que se extiende desde la parte superior del tanque 12 a través de la plancha superior 18. Un tubo de inmersión de agua fría 44 se conecta a una entrada de agua fría 40 y se extiende hacia abajo a través del tanque 12. Como se muestra en las Figuras anexas, el tubo de inmersión de agua fría 44 se extiende substancialmente hacia el fondo del tanque 12. La salida de agua caliente 42 se conecta a un tubo de inmersión de agua caliente 46, el cual también se extiende hacia abajo dentro del tanque 12. Como también se muestra en relación con las Figuras 4 y 5, el tubo de inmersión de agua caliente 46 comprende un tubo alargado, substancialmente cilindrico 48 que tiene una multiplicidad de aberturas. Las aberturas comprenden aberturas superiores 50 y aberturas inferiores 54. Las aberturas están separadas y numeradas como se establece con mayor detalle más adelante. El tubo de inmersión de agua caliente 46 tiene en su extremo superior una brida 56 y en su extremo inferior un, así denominado, extremo de sello 58. El extremo de sello 58 puede estar cerrado o puede estar abierto en forma de "canasta" como se muestra en las Figuras 4 y 5. El tubo de inmersión de agua caliente 46 puede ser formado a partir de una variedad de tipos diferentes de material bien conocidos en la materia y puede tener diámetros y longitudes diferentes que son adaptados para ajustarse al tamaño de la salida de agua 42 y al tamaño del tanque 12. Únicamente con propósitos de ilustración, el tubo de inmersión 46, como el que se muestra en las Figuras 4 y 5, está descrito de acuerdo con una forma de ejemplo que es particularmente adecuada para un calentador eléctrico de agua que tiene un tanque de 189 litros. Por consiguiente, el diámetro del tubo substancialmente cilindrico 48, como se muestra mediante las flechas "A", es de aproximadamente 1.16 centímetros. La longitud general del tubo de inmersión de agua caliente 46, como se muestra mediante las flechas "B", es de aproximadamente 55.9 centímetros. El diámetro de las aberturas 50 y 54 es de aproximadamente 0.48 centímetros. El espacio entre los puntos centrales de las aberturas 50, como se muestra medíante las flechas "C" es de aproximadamente 1.12 centímetros. De manera similar, las separaciones entre los puntos centrales de las aberturas 54, como se muestra mediante las flechas "D", son de aproximadamente 1.12 centímetros. La distancia entre la brida 56 y el punto central de la abertura superior 50 es de aproximadamente 3.66 centímetros, como se muestra mediante las flechas "E". Finalmente, la distancia entre la brida 56 y el punto central de la más superior de las aberturas inferiores 54 es de aproximadamente 49.5 centímetros, como se muestra mediante las flechas "p» Sin embargo, se deberá comprender que se pueden utilizar las dimensiones diferentes asociadas con las diversas aberturas, dependiendo del tamaño y forma del tanque 12, así como también la longitud y diámetro del tubo de inmersión de agua caliente 46. También, el tubo de inmersión de agua caliente 46 mostrado en las Figuras 4 y 5 tiene grupos adicionales de aberturas superiores 50, que coinciden con las tres aberturas 50 que se muestran de forma directa en los dibujos. Aquellas otras aberturas superiores 50, incluyen tres grupos adicionales de tres aberturas 50 que están presentes en el tubo de inmersión de agua caliente 46 en las tres separaciones rotacionales de 90° cada una. Dos de aquellos tres grupos adicionales de aberturas son las aberturas etiquetadas 50a y 50b, respectivamente. De manera similar, haciendo referencia a las aberturas inferiores 54, existen tres grupos adicionales de cinco aberturas en tres ubicaciones en separaciones de rotación de 90°. Los grupos adicionales de aberturas inferiores son etiquetados como 54a, y 54b, respectivamente. En cada caso, con respecto a las aberturas 50 y 54, existen grupos correspondientes sobre las superficies opuestas de forma directa a aquellas aberturas a una rotación de 180°. Haciendo referencia nuevamente a la Figura 1 en particular, el tubo de inmersión de agua caliente 46 se muestra con las aberturas inferiores 54 en una ubicación debajo del elemento 30. Por otra parte, las aberturas 50 son mostradas en una ubicación próxima a o adyacente a la salida de agua caliente 42. La Figura 1 , ha sido etiquetada con las flechas "H" e "I", respectivamente, para ayudar a la mejor comprensión de diversas ubicaciones de las aberturas superiores e inferiores. En el caso de las aberturas 54, éstas están localizadas en un espacio como se establece mediante las flechas "H". Como se muestra de manera particular en la Figura 1 , las aberturas inferiores 54 están substancialmente debajo del elemento 26. Sin embargo, las aberturas inferiores 54 pueden estar localizadas adicíonalmente debajo del elemento 30, se extienden hacia abajo casi en el fondo del tanque 20, si se desea. Sin embargo, la configuración mostrada en la Figura 1 es particularmente preferida. La distancia entre la parte más superior de las aberturas superiores 50 y la salida de agua caliente 42 se muestra mediante las flechas "I" en la Figura 1. Esto significa que las aberturas superiores 50 están próximas a o adyacentes a la salida de agua caliente 42. Durante la práctica, las aberturas superiores 50 están colocadas debajo de la salida de agua caliente 42 en un intervalo de aproximadamente 2.54 centímetros hasta aproximadamente 12.7 centímetros. Es especialmente preferido que la parte más superior de las aberturas superiores 50 esté debajo de la salida de agua caliente por lo menos aproximadamente 2.54 centímetros. Haciendo referencia a las aberturas inferiores 54, la parte más superior de ias aberturas inferiores 54 podría encontrarse debajo del elemento 26. Preferentemente, la parte más superior de la abertura inferior 54 debe ser de por lo menos aproximadamente 2.54 centímetros debajo del elemento 26. Durante la operación, cuando el agua caliente es extraída del calentador eléctrico de agua 10, el agua relativamente caliente dentro del tanque 12, la cual está localizada en la porción más superior del tanque 12, es extraída a través de las aberturas superiores 50. Sin embargo, en forma simultánea, el agua relativamente más fría es extraída en las aberturas inferiores 54, en donde el agua relativamente más caliente y el agua relativamente más fría se mezclan antes de salir del calentador eléctrico de agua 10. No obstante, la temperatura del agua caliente que sale del calentador eléctrico de agua es lo suficientemente alta para cumplir los requerimientos de uso residencial. Una ventaja adicional es que la capacidad de la primera hora del calentador eléctrico de agua se incrementa substancialmente. Los solicitantes condujeron una serie de pruebas que demuestran el incremento dramático en el suministro de agua de la primera hora de acuerdo con la presente invención. Los resultados son establecidos en el Cuadro 1. Los experimentos fueron conducidos en un calentador eléctrico de agua que tiene un tanque de 189 litros, con elementos superiores e inferiores, como el que se muestra en las Figuras 1 y 2. Las primeras dos columnas del Cuadro 1 , reflejan los Ejemplos comparativos, en donde un calentador estándar de agua se empleó sin contener un tubo de inmersión de agua caliente. Las siguientes seis columnas fueron para calentadores de agua similares, equipados con tubos de inmersión de agua caliente.

CUADRO 1 Se puede observar a partir de los resultados del Cuadro 1 , que la capacidad de la primera hora es incrementada desde aproximadamente el 40% hasta aproximadamente el 60% mayor a la capacidad del tanque. Esto es comparado con el suministro estándar de la primera hora, el cual es únicamente de aproximadamente el 15% al 20% mayor a la capacidad del tanque. Por consiguiente, el mejoramiento en la capacidad de la primera hora es desde aproximadamente el 110% hasta aproximadamente el 120% mayor que las unidades estándar. Este es un mejoramiento significativo en la capacidad de un calentador eléctrico de agua para proveer agua caliente en cantidades mayores, lo cual es una ventaja significativa para el usuario. Aunque la presente invención ha sido descrita en relación con las formas específicas de la misma, se apreciará que una variedad amplia de equivalentes puede ser sustituido para los elementos especificados, descritos en la presente descripción sin alejarse del espíritu y alcance de la presente invención como se describe en las Reivindicaciones anexas.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un calentador eléctrico de agua, caracterizado porque comprende: un contenedor de agua; un elemento asociado con el contenedor de agua para calentar el agua en el contenedor de agua; una entrada de agua fría asociada con el contenedor de agua; una salida de agua caliente asociada con el contenedor de agua; y un tubo de inmersión conectado a la salida de agua caliente, teniendo el tubo de inmersión por lo menos una abertura colocada próxima a o debajo del elemento.

2.- El calentador eléctrico de agua de conformidad con la Reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adícionalmente un segundo elemento asociado con el contenedor de agua y colocado debajo del elemento.

3.- El calentador eléctrico de agua de conformidad con la Reivindicación 2, caracterizado además porque por lo menos una abertura es colocada próxima a o debajo del elemento es colocada por encima del segundo elemento.

4.- El calentador eléctrico de agua de conformidad con la Reivindicación 1 , caracterizado además porque la por lo menos una abertura está colocada desde aproximadamente 2.54 centímetros desde la salida de agua caliente hasta aproximadamente 12.7 centímetros desde la salida de agua caliente.

5.- El calentador eléctrico de agua de conformidad con la Reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende grupos de tres aberturas en los lados opuestos del tubo de inmersión girados aproximadamente 90° separados.

6.- El calentador eléctrico de agua de conformidad con la Reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende grupos de veinte aberturas en los lados opuestos del tubo de inmersión girado aproximadamente 90° separado y colocado debajo del elemento.

7.- El calentador eléctrico de agua de conformidad con la Reivindicación 1 , caracterizado además porque el tubo de inmersión es desde aproximadamente 1.27 hasta aproximadamente 2.54 centímetros de diámetro.

8.- El calentador eléctrico de agua de conformidad con la Reivindicación 1 , caracterizado además porque por lo menos una abertura próxima a o debajo del elemento está por lo menos 2.54 centímetros debajo del elemento.

9.- El calentador eléctrico de agua de conformidad con la Reivindicación 1 , caracterizado además porque la por lo menos una abertura está colocada entre aproximadamente 2.54 centímetros desde una parte superior del contenedor a una posición en una mitad superior del contenedor de agua entre la parte superior y el elemento.

10.- El calentador eléctrico de agua de conformidad con la Reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente un termostato asociado con el contenedor de agua y un controlador conectado al elemento y el termostato.

11.- El calentador eléctrico de agua de conformidad con la Reivindicación 1 , caracterizado además porque tiene un suministro de agua caliente de la primera hora desde aproximadamente el 40% hasta aproximadamente el 60% mayor que la capacidad del contenedor de agua.

12.- Un calentador eléctrico de agua, caracterizado porque comprende: un tanque de agua; un elemento superior asociado con el tanque para calentar el agua en el tanque; un elemento inferior asociado con el tanque para calentar el agua en el tanque; una entrada de agua fría colocada en una porción superior del tanque; una salida de agua caliente colocada en la porción superior del tanque; y un tubo de inmersión conectado a la salida de agua caliente y que tiene una pluralidad de aberturas superiores colocadas entre la porción superior y el elemento superior, y una pluralidad de aberturas inferiores colocadas próximas a o debajo del elemento superior.

13.- El calentador eléctrico de agua de conformidad con la Reivindicación 12, caracterizado además porque las aberturas inferiores están colocadas por debajo del elemento inferior.

14.- El calentador eléctrico de agua de conformidad con la Reivindicación 12, caracterizado además porque las aberturas superiores comprenden grupos de tres aberturas en los lados opuestos del tubo de inmersión giradas aproximadamente 90° separados.

15.- El calentador eléctrico de agua de conformidad con la Reivindicación 12, caracterizado además porque las aberturas inferiores comprenden grupos de veinte aberturas en los lados opuestos del tubo de inmersión giradas aproximadamente 90° separados y colocados debajo del elemento.

16.- El calentador eléctrico de agua de conformidad con la Reivindicación 12, caracterizado además porque las aberturas superiores están colocadas desde aproximadamente 2.54 centímetros desde la salida de agua caliente hasta aproximadamente 12.7 centímetros desde la salida de agua caliente.

17.- El calentador eléctrico de agua de conformidad con la Reivindicación 12, caracterizado además porque las aberturas inferiores están colocadas debajo del elemento por lo menos aproximadamente 2.54 centímetros debajo del elemento.

18.- El calentador eléctrico de agua de conformidad con la Reivindicación 12, caracterizado además porque comprende adicíonalmente un termostato asociado con el contenedor de agua y un controlador conectado a los elementos superior e inferior y el termostato.

19.- El calentador eléctrico de agua de conformidad con la Reivindicación 12, caracterizado además porque tiene un suministro de agua caliente de la primera hora desde aproximadamente el 40% hasta aproximadamente el 60% mayor que la capacidad del contenedor de agua.

20.- Un método para incrementar el suministro de agua caliente de la primera hora desde un calentador eléctrico de agua que comprende un tanque de agua, un elemento calentador, una entrada de agua fría y una salida de agua caliente, caracterizado porque comprende: reducir la temperatura de agua caliente que pasa a través de la salida de agua caliente provocando que el agua relativamente más fría en el tanque se mezcle con el agua relativamente más caliente en el tanque conectando un tubo de inmersión que tiene por lo menos una abertura próxima a la salida de agua caliente y por lo menos una abertura colocada próxima a o debajo del elemento, de tal manera que el agua relativamente más caliente ingresa a través de por lo menos una abertura próxima a la salida de agua caliente y el agua relativamente más fría ingresa a la salida de agua caliente a través de la por lo menos una abertura próxima a o debajo del elemento.

21.- El método de conformidad con la Reivindicación 20, caracterizado además porque el suministro de agua de la primera hora es desde aproximadamente el 40% hasta aproximadamente el 60% mayor que la capacidad del tanque.

22.- Un método para incrementar el suministro de agua de la primera hora desde un calentador eléctrico de agua, que comprende un tanque de agua, un elemento, una entrada de agua fría y una salida de agua caliente, caracterizado porque comprende: mezclar el agua relativamente más fría en el tanque con el agua relativamente más caliente en el tanque con un tubo de inmersión que tiene por lo menos una abertura adyacente a una porción superior del tanque y por lo menos una abertura colocada próxima a o debajo del elemento y conectada a la salida de agua caliente.

23.- El método de conformidad con la Reivindicación 22, caracterizado además porque el suministro de agua de la primera hora es desde aproximadamente el 40% hasta aproximadamente el 60% mayor que la capacidad del tanque.