WO2015179935A1 - Aquecedor de água de baixo consumo de energia e alta eficiência energética - Google Patents

Aquecedor de água de baixo consumo de energia e alta eficiência energética Download PDF

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Definitions

  • gas water heaters which use as a heating principle the combustion of gas which in the convection of heated gases transfers thermal energy to water through a exchanger installed in the heater.
  • the present invention is a method of efficient recovery of the thermal energy contained in the wastewater, consisting of a heat pump responsible for capturing available thermal energy in the water. and the transfer to the heater water supply circuit.
  • This whole process is performed in a platform-shaped evaporator installed on the floor of the enclosure below the shower, and can also be installed at the base of the sink or sink basin, and is responsible for capturing the thermal energy contained in the water. Disposal, this occurs during expansion of the refrigerant after passing through the expansion valve and pumping through the compressor, passing through the condenser installed in the water supply circuit, where there is the transfer of thermal energy to water, until then contained in the fluid raising your temperature.
  • the equipment also has other essential elements such as filter drier, piping, service valves, flow switch, temperature sensor, controller and others necessary for the system operation, detail already present in the state of the art, whose object The main one is the capture and reuse of the thermal energy available in the wastewater and transfer to the heater water supply circuit.
  • the heater is designed so that the wastewater does not freeze during thermal energy withdrawal by the evaporator on the platform, reducing its temperature slightly above the freezing point of water at 0 ° C.
  • the heater differs from traditional heat pumps in that it is more compact, in the same enclosure, has minimal peripherals, no thermally insulated boiler or accumulators, no fans, brackets and chassis present in traditional heat pumps , which draw thermal energy from the air, be easy to install hydraulic and electrical, and be supplied in a single set ready for installation.
  • the heater stands out innovatively from the other heaters cited in the current state of the art for its high energy efficiency, extremely low power consumption to collect available thermal energy in the disposal and transfer water to the input circuit. heater water, consuming less than 1/5 of the available thermal energy.
  • the compressor is driven by a high-output direct current or alternating current motor that is responsible for pumping and circulating the refrigerant. Therefore, it uses high efficiency refrigerant that is not aggressive to the ozone layer and low impact on Greenhouse Gases (GHG).
  • GHG Greenhouse Gases
  • the compressor may also have several configurations available on the market, preferably using the best performance.
  • the electronic controller manages and controls the entire heating unit. Heating and may be presented in the conventional or advanced version. Being the conventional model only for adjustment and configuration of the heater variables, such as temperature control and consequent adjustment of fluid flow through the control of compressor speed as a function of temperature and water flow.
  • Advanced models also include touch screen, chromotherapy and entertainment functions, audio playback, radio tuner, television systems, images, videos, wireless networks, telephony, communication, indication and monitoring of water inlet and outlet temperature variables or consumption information, bath time and others.
  • the heater proposed and required here has been thoroughly tested and improved to have its practical functionality proven, as well as to withstand and adapt to possible variations in compressor, gas or refrigerant models, evaporators, condensers, expansion valves, motors and other devices to be used in the heater.
  • heater is related to the type of equipment, constructive form or method of removal of thermal energy from the wastewater. It can also be performed by the absorption method or by the use of new refrigerants that may be developed in the future. This does not detract from the inventive principle presented here, which deals with the method or process of reusing the thermal energy of wastewater through the use of refrigerants. generator for the removal of thermal energy close to the freezing temperature of the water.
  • Figure 1 shows an isometric perspective front view of the shower heater.
  • Figure 2 shows an isometric perspective rear view of the shower heater.
  • Figure 3 shows a view of the basic heater operating flow chart.
  • Figure 4 shows an example view in one of the many ways the front set can be presented.
  • thermal energy capture module (3) installed on the floor of the enclosure below the shower or shower (1c), composed of a evaporator (3a), a compressor (3b), fluid expansion valve (3c), filter (3d) with the upper surface of the pickup module (3) overlapped with rubber droplets (3e) for support and isolation between the feet and the metal base of the evaporator (3a); thermal energy transfer module (1) composed of an internal condensing unit (1a) installed after quick connection of water (1d), lock (1e) and flow switch (1b), before the shower (1c), it may optionally contain a low power resistor for initial heating support and small water temperature compensation for very cold regions; and finally the microprocessor control module (2) responsible for the compressor speed adjustment (3b), monitoring and protection of the water heater, these being the controlled variables in the basic version controller (2), and additional functions of visual entertainment, sound, whirlpool and or chromatic photo therapy selectable on touch screen for the advanced driver version
  • the equipment is comprised of some basic accessories such as flexible profile lined flexible hose (4a) for finishing and thermal insulation, mains plug (2a), service valves, , electrical cable for connection between compressor (3b), microprocessor control module (2) and parts for finishing and protection.

Abstract

Tratou a presente solicitação de patente de invenção a um aquecedor de água, de extremo baixo consumo de energia elétrica e alta eficiência energética. Utilizando um novo método ou processo de captação e reaproveitamento da energia térmica disponível na água de descarte, e transferência para o circuito de alimentação de água do aquecedor. Constituído de módulo de captação de energia térmica (3) instalado no piso, módulo de transferência de energia térmica (1) instalado na entrada de alimentação de água, e módulo de controle (2) responsável pelo monitoramento e ajuste eletro eletrônico de toda a unidade de aquecimento. Construído em único conjunto para instalação no mesmo recinto, não necessitando de mão de obra especializada para instalação por profissional habilitado, independentemente de variações, localizações ou formas construtivas dos módulos do aquecedor.

Description

"AQUECEDOR DE ÁGUA DE BAIXO CONSUMO DE E- NERGIA E ALTA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA".
[001] Almeja a presente solicitação de patente de invenção a um modelo de aquecedor de água de extremo baixo consumo de energia elé- trica e alta eficiência energética, destinado ao aquecimento de água para chuveiros, pias, lavatórios e outros sistemas do género. Baseado em um novo processo ou método de reaproveitamento da energia térmica, disponível na própria água descartada durante o banho no chuveiro, ou água de torneiras em pias de cozinha, lavatórios ou outros. E a simultânea transferência desta energia para o circuito de alimentação de água do aquecedor.
[002] No atual estado da técnica, encontramos aquecedores elétricos de água conhecidos como chuveiros ou aquecedores elétricos, que utilizam o princípio de aquecimento da água pelo efeito Joule, gerado a partir da circulação da corrente elétrica através da resistência instalada no interior do aquecedor.
[003] Encontramos ainda aquecedores de água indutivos que utilizam como princípio de aquecimento o efeito de Foucault, onde um núcleo metálico é aquecido através da oscilação eletromagnética gerada a partir de um indutor instalado no interior do aquecedor.
[004] Outro modelo encontrado no mercado atual são os aquecedores de água a gás, que utilizam como princípio de aquecimento, a combustão do gás que na convecção dos gases aquecidos transfere-se a energia térmica à água através de um trocador instalado no aquecedor.
[005] Também no atual estado da técnica, encontramos os aquecedores de água solar, que utilizam como princípio de aquecimento da á- gua a incidência dos raios solares sobre suas placas de captação de energia térmica instaladas sobre telhados e coberturas responsáveis, pela transferência de energia térmica para água, que circula em seu interior. [006] Ainda descrevendo o estado da técnica, encontramos aquecedores de água conhecidos como bombas de calor, que utilizam como princípio de aquecimento, a captação de energia térmica existente no ar através de um conjunto ventilador / evaporador instalado externamente ao domicílio, e o transfere para água na unidade condensadora instalada no interior de um boiler ou reservatório de água, graças ao bombeamento do fluido refrigerante pelo compressor e demais periféricos como filtro, válvula de expansão e outros elementos necessários ao sistema.
[007] Buscando inovar este mercado, é que o autor desenvolveu a presente invenção, que consiste num método de recuperação eficiente da energia térmica contida na água de descarte, sendo constituído de uma bomba de calor responsável pela captação de energia térmica disponível, na água de descarte e a transferência para o circuito de alimentação de água do aquecedor.
[008] Todo este processo é realizado em um evaporador no formato de plataforma instalado sobre o piso do recinto abaixo do chuveiro, podendo também ser instalado na base da cuba da pia ou lavatório, e é responsável pela captação da energia térmica contida na água de descarte, isto ocorre durante a expansão do fluido refrigerante após a passagem pela válvula de expansão e bombeamento pelo compressor, passando pelo condensador instalado no circuito de alimentação de água, onde ocorre a transferência da energia térmica para a água, até então contido no fluido elevando a sua temperatura.
[009] O equipamento dispõe ainda de outros elementos essenciais como filtro secador, tubulações, válvulas de serviço, chave de fluxo, sensor de temperatura, controlador e outros necessários para a operação do sistema, detalhe este já presente no estado da técnica, cujo objeto principal é a captação e reaproveitamento da energia térmica disponível na água de descarte e transferência ao circuito de alimentação de água do aquecedor. [010] O aquecedor foi projetado para que a água de descarte não congele durante a retirada de energia térmica pelo evaporador na plataforma, sendo possível a redução de sua temperatura ligeiramente acima do ponto de congelamento da água a 0°C.
[011] O aquecedor se difere das bombas de calor tradicionais, por ser mais compacto, ficar no mesmo recinto, ter o mínimo de periféricos, não possuir boiler ou acumuladores isolados termicamente, não possuir ventiladores, suportes e chassi presentes nas bombas de calor tradicionais, que retiram a energia térmica do ar, ser de fácil instalação hidráulica e elétrica, e ser fornecido em um único conjunto pronto para instalação.
[012] O aquecedor se destaca de forma inovadora dos demais aquecedores citados no atual estado da técnica, pela alta eficiência energética, extremo baixo consumo de energia para realizar a coleta de energia térmica disponível na água de descarte e transferência, ao circuito de entrada de água do aquecedor, consumindo menos de 1/5 da energia térmica disponibilizada.
[013] Para o melhor entendimento do conceito, e somente a título de exemplo, vamos considerar que a vazão da água no aquecedor seja de 1 litro por minuto, estando a água aos 18 °C, e que a temperatura da água de descarte possa ser reduzida no evaporador aos 2 °C, sem que ocorra congelamento, estarão então disponíveis através do condensador 16 Kcal por minuto para transferência à água do circuito de entrada, o que elevará a sua temperatura aos 34 °C, logo, no segundo ciclo a temperatura da água de descarte poderá ser reduzida novamente no evaporador aos 2 °C sem que ocorra o congelamento, e que estarão disponíveis neste ciclo no condensador 32 Kcal por minuto, para transferência à água do circuito de entrada, elevando agora a temperatura da água aos 50 °C, onde o controlador fará o controle no compres- sor, para manter a temperatura previamente ajustada pelo usuário, sendo que neste exemplo não foram consideradas as perdas do sistema.
[014] Podemos destacar neste equipamento que todos os acessórios e equipamentos do aquecedor, ficam em um único recinto e formam um módulo único, não sendo necessária a sua instalação por profissional especializado, o que o torna um equipamento prático, de baixo custo e fácil instalação em qualquer tipo de imóvel se comparados às bombas de calor tradicionais, que necessariamente precisam ser instaladas em ambientes externos, e por profissional habilitado e capacitado.
[015] Outra característica de destaque é a relação entre a energia térmica disponível, em relação à energia elétrica consumida no aquecedor para a realização do trabalho, denominada de COP (Coeficiente de Performance) deste aquecedor, que o diferencia dos demais equipamentos e o torna o mais eficiente disponível atualmente no mercado. Este COP é obtido graças ao método aqui proposto, de reutilização da energia térmica disponível na própria água de descarte, necessitando o mínimo de energia necessária pelo compressor para a transferência de energia ao circuito de entrada de água, atingindo altíssimo Coeficiente de Performance.
[016] Em relação aos componentes que compõem o sistema de aquecimento, o compressor é acionado por um motor de corrente contínua ou corrente alternada de alto rendimento é responsável pelo bombeamento e circulação do fluido refrigerante. Logo, utiliza fluido refrigerante de alta eficiência não agressivo à camada de ozônio, e de baixo impacto em Gases de E- feito Estufa (GEE). O compressor pode ainda apresentar várias configurações disponíveis no mercado, sendo de preferência o uso do de melhor desempenho.
[017] Na relação dos componentes que compõem o sistema de aquecimento, o controlador eletrônico gerência e controla toda a unidade de aquecimento, podendo ser apresentada na versão convencional ou avançada. Sendo o modelo convencional somente para ajuste e configuração das variáveis do aquecedor, como controle de temperatura e consequente ajuste da vazão do fluido através do controle da rotação do compressor em função da temperatura e vazão da água.
[018] No modelo avançado, também estão disponíveis tela de toque tipo "touch screen", funções de cromoterapia e entretenimento, reprodução de áudio, sintonizador de rádios, sistemas televisivos, imagens, vídeos, redes de comunicação sem fio, telefonia, portas de comunicação, indicação e monitoramento de variáveis de temperatura de entrada e saída da água ou informações de consumo, duração do banho e outros.
[019] Outro ponto positivo do aquecedor é a conservação e utilização racional dos recursos energéticos, representando uma redução significativa no consumo de energia do planeta e redução na emissão dos gases de efeito estufa e menores investimentos em infraestrutura na malha energética.
[020] O aquecedor aqui proposto e requerido foi exaustivamente testado e aprimorado para ter sua funcionalidade prática comprovada, como também suportar e se adaptar a possíveis variações nos modelos de compressores, gases ou fluidos refrigerantes, evaporadores, condensadores, válvulas de expansão, motores e outros dispositivos a serem utilizados no a- quecedor.
[021] Outra variante que o aquecedor pode apresentar, está relacionada ao tipo de equipamento, forma construtiva ou método de retirada de energia térmica da água de descarte. Podendo ser também realizada pelo método de absorção ou através do uso de novos fluidos refrigerantes que venham a ser desenvolvidos futuramente. O que não descaracteriza o princípio inventivo aqui apresentado ,que trata do método ou processo de reaproveitamento da energia térmica da água de descarte através do uso de fluidos refri- gerante para a retirada de energia térmica próxima à temperatura de congelamento da água.
[022] As figuras em anexo, e o detalhamento explicativo feito a seguir destinam-se ao entendimento preciso, sendo que dispõem de referências alfa numéricas.
[023] A figura 1 apresenta uma vista do conjunto frontal em perspectiva isométrica, do aquecedor para chuveiros.
[024] A figura 2 apresenta uma vista do conjunto traseira em perspectiva isométrica, do aquecedor para chuveiros.
[025] A figura 3 apresenta uma vista do fluxograma básico de funcionamento do aquecedor.
[026] A figura 4 apresenta uma vista em caráter exemplificativo, de uma das inúmeras formas que o conjunto frontal, poderá ser apresentado.
[027] De acordo com as figura 1 ; 2; e 3 detalharemos o presente requerimento do aquecedor de água em basicamente três módulos para facilitar o entendimento, sendo eles: módulo de captação de energia térmica (3), instalada sobre o piso do recinto abaixo da ducha ou chuveiro (1c), composto de um evaporador (3a), um compressor (3b), válvula de expansão do fluido (3c), filtro (3d) com a superfície superior do módulo de captação (3) sobreposta de gotas de borracha (3e) para apoio e isolamento entre os pés do usuário e a base metálica do evaporador (3a); módulo de transferência de e- nergia térmica (1) composto de uma unidade condensadora interna (1a) instalada após a conexão rápida de água (1d), trava (1e) e chave de fluxo (1b), ante o chuveiro (1c), podendo opcionalmente conter uma resistência elétrica de baixa potencia para apoio inicial no aquecimento e pequena compensação da temperatura da água para regiões muito frias; e finalmente o módulo de controle microprocessado (2) responsável pelo ajuste de rotação do compressor (3b), monitoramento das variáveis e proteção do aquecedor de água, sendo estas as variáveis controladas no controlador da versão básica (2), e funções adicionais de entretenimento visual, sonoro, hidromassagem e ou terapia foto cromática selecionáveis em tela de toque tipo "Touch Screen" para a versão avançada de controlador (2). Além dos módulos principais relatados acima, o equipamento é composto de alguns acessórios básicos como mangueira flexível (4a) revestida de perfilado flexível (4) para acabamento e isolamento térmico, plugue (2a) para conexão a rede de energia, válvulas de serviço, conexões, cabo elétrico para conexão entre compressor (3b), módulo de controle microprocessado (2) e peças para acabamento e proteção.
[028] Nas interconexões do circuito do fluido do aquecedor, adotaremos por definição uma conexão de entrada e uma de saída para cada componente e o sentido do fluxo do fluido refrigerante, tomando como ponto de partida a saída da válvula de expansão do fluido (3c), que esta conectada a entrada do evaporador (3a) e a saída deste, conectada a entrada do compressor (3b), que se encontra com sua saída conectada a entrada do condensador (1a) e este com sua saída conectada a entrada do filtro secador (3d) que por sua vez conecta sua saída à entrada da válvula de expansão (3c), fechando assim o circuito do fluido refrigerante do aquecedor de água.

Claims

R E I V I N D I C A Ç Ã O
1) "AQUECEDOR DE ÁGUA DE BAIXO CONSUMO DE ENERGIA E ALTA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA", ser caracterizado por o processo ou método de captação e reaproveitamento de energia térmica disponível na água de descarte e transferência para o circuito de alimentação de água do aquecedor, independentemente de variações, localização ou forma construtiva de cada módulo, processo este realizado pelo módulo de captação de e- nergia térmica (3), módulo de transferência de energia térmica (1), e módulo de controle (2).
2) "AQUECEDOR DE ÁGUA DE BAIXO CONSUMO DE ENERGIA E ALTA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA", de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por seu módulo de captação de energia térmica (3) possuir filtro secador (3d) acoplado a válvula de expansão (3c), responsável pela expansão do fluido refrigerante no evaporador (3a) acoplado em seguida ao moto- compressor (3b), que bombeia o fluido refrigerante para unidade de transferência de energia térmica (1), onde se realiza a transferência de energia térmica contida no fluido refrigerante e consequentemente aquecimento da água de a- limentação.
3) "AQUECEDOR DE ÁGUA DE BAIXO CONSUMO DE ENERGIA E ALTA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA", de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por o módulo de transferência de energia térmica (1) ser composto de conexão rápida (1d), trava (1e), chave de fluxo (1b), unidade de condensação interna (1a) responsável pela condensação do fluido refrigerante e transferência de energia térmica para a água de alimentação, elevando a sua temperatura para então ser aspergida pela ducha ou chuveiro (1c).
4) "AQUECEDOR DE ÁGUA DE BAIXO CONSUMO DE ENERGIA E ALTA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA", de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por o módulo de controle (2), possuir internamente todo o cir- cuito eletrônico de comando e potencia para o monitoramento das variáveis de entrada como temperatura, vazão e outras funções adicionais como o controle do motocompressor (3b) alterando seu torque e rotação, ou abertura da válvula de expansão (3c), ou mesmo a vazão de entrada da água, conforme ajuste prévio do usuário e da versão do aquecedor.
5) "AQUECEDOR DE ÁGUA DE BAIXO CONSUMO DE ENERGIA E ALTA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA", de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por o aquecedor possuir na versão avançada de controle (2), funções de entretenimento, como áudio, vídeo, radio, sistemas televisivos, a- cesso a internet, redes de comunicação sem fio, telefonia, funções de cromote- rapia, e até pressurizador incorporado nos casos de instalações de baixa pressão d'água disponível ou para hidromassagem.
6) "AQUECEDOR DE ÁGUA DE BAIXO CONSUMO DE ENERGIA E ALTA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA", de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por os módulos de captação de energia térmica (3), e módulo de transferência de energia térmica (1), serem interligados através de mangueiras flexíveis (4a), revestidos de perfil de isolamento térmico (4), para acabamento e fixação na parede com face autoadesiva.
7) "AQUECEDOR DE ÁGUA DE BAIXO CONSUMO DE ENERGIA E ALTA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA", de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por os módulos de captação de energia térmica (3), transferência de energia térmica (1) e de controle (2), formarem um único conjunto e estarem agrupados e instalados em um mesmo recinto, fabricado prontamente para conexão elétrica e hidráulica, sem necessidade de investimentos em infra- estrutura, utilizando para tal, comandos de água (5) e conexões tradicionais ou existentes no domicílio.
8) "AQUECEDOR DE ÁGUA DE BAIXO CONSUMO DE ENERGIA E ALTA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA", de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por ter seu módulo de captação de energia térmica (3), constituído internamente de um motocompressor (3b), podendo ser acionado com motor de corrente contínua, motor de imãs permanentes ou motor assíncrono.
9) "AQUECEDOR DE ÁGUA DE BAIXO CONSUMO DE ENERGIA E ALTA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA", de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por utilizar como método de compressão mecânica do fluido refrigerante, as diversas formas disponíveis no mercado podendo ser, modelo de compressão alternativo, centrífugo, parafuso, pistão, palhetas, lóbulos, engrenagens, "scroll" ou outros especialmente fabricado para tal finalidade ou que venham a ser desenvolvidos futuramente.
10) "AQUECEDOR DE ÁGUA DE BAIXO CONSUMO DE ENERGIA E ALTA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA", de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por o processo ou método de captação e reaproveitamento de energia térmica disponível na água de descarte e transferência para o circuito de alimentação de água do aquecedor, ser aplicado em chuveiros, pias, lavatórios ou outros sistemas de uso domésticos, redes hoteleiras, spas, academias, comerciais ou industriais.
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