ES2217010T5 - Calentador de agua que comprende un intercambiador de calor de placas y un deposito de almacenamiento de agua caliente. - Google Patents
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Abstract
Un calentador (1, 2) de agua que comprende un intercambiador (1) de calor de placas y un recipiente (2) de almacenamiento para agua caliente, estando provisto dicho recipiente (2) de almacenamiento de una pared (2'') de limitación exterior, una abertura (7) de salida para suministrar el agua caliente y medios (9-11, figura 1; 13- 13'''''' figuras 5 a 18) de refuerzo destinados a interconectar partes opuestas de la pared (2'') para forzar la transmisión de fuerzas en tres direcciones perpendiculares entre sí, caracterizado porque dichos medios de refuerzo en el recipiente (2) de almacenamiento son placas apiladas (13- 13'''''', figuras 5 a 18) provistas de nervaduras y depresiones y están interconectadas mediante cobresoldadura, soldadura de estaño plomo, soldadura fría de presión o encolado, estando provistas dichas placas de aberturas que forman canales (3'', 3'''', 3'''''', 3'''''''') a través de los cuales puede circular el agua caliente.
Description
Calentador de agua que comprende un
intercabiador de calor de placas y un depósito de almacenamiento de
agua caliente.
La presente invención se refiere a un calentador
de agua que comprende un intercambiador de calor de placas y un
recipiente de almacenamiento para agua caliente.
El agua caliente, en particular el agua
doméstica, se obtiene a menudo haciendo pasar agua fría a través de
un intercambiador de calor de placas al que se suministra un fluido
caliente en un circuito secundario. Para la utilización doméstica
la temperatura en el grifo debe mantenerse constante, por ejemplo
entre 55 y 60ºC. En muchas aplicaciones se desea calentar el agua
directamente de acuerdo con el caudal necesitado para evitar un
almacenamiento innecesario. No obstante, algún almacenamiento es
inevitable, a saber, la cantidad de agua en el intercambiador de
calor de placas y el entubado hasta los grifos. La utilización de
intercambiadores de calor de placas hace posible obtener un
intercambio de calor eficiente y suministrar un gran flujo de masas
de agua caliente con un volumen de almacenamiento mínimo. Un
problema inherente en el sistema radica en que si se toma agua
caliente durante algún tiempo, y este periodo es seguido por un
corto intervalo sin circulación, una nueva circulación de agua
caliente originará que la temperatura del agua que primero se
suministre sea sustancialmente más alta que la deseada. Agua
caliente suministrada a una temperatura superior a 60ºC puede ser
peligrosa si se usa, por ejemplo, para lavar bebés. La alta
temperatura del agua se debe al hecho de que el fluido que calienta
el agua en el intercambiador de calor de placas debe tener una
temperatura de 10 a 20ºC más alta que la temperatura del agua que
se desea tomar del grifo. Cuando la circulación a través del
intercambiador de calor se detiene, el agua doméstica presente en el
intercambiador se calentará a la temperatura del fluido caliente
del intercambiador. Por razones de seguridad podría proporcionarse
un recipiente de almacenamiento para el agua caliente entre el
intercambiador y los grifos. Un largo entubado entre el
intercambiador y los grifos puede constituir ese recipiente. No
obstante, proporcionar ese entubado puede no resultar práctico y
ciertamente no se desea pues la primera cantidad de agua que se
suministre a un grifo después de no usar agua caliente durante un
largo periodo estará bastante fría.
Por lo tanto, se desea proporcionar un
calentador de agua que tenga un pequeño volumen, pero que todavía
impida picos de temperatura del agua caliente cuando se inicie la
toma de agua después de un corto intervalo de detención a
continuación de un periodo más largo de suministro. Además de un
pequeño volumen, el calentador de agua debe tener pequeñas
dimensiones exteriores. En la mayoría de los casos la utilización de
recipientes de forma esférica es imposible y otras formas pueden
ser deformadas por las presiones del agua comparativamente altas
que pueden producirse. La utilización de recipientes de paredes
gruesas es prohibitiva por razones de coste.
Un calentador de agua que comprende un
intercambiador de calor de placas y un recipiente de almacenamiento
para agua caliente, estando provisto dicho recipiente de
almacenamiento de una pared exterior limitativa, una abertura de
salida para suministrar el agua caliente y medios de refuerzo
destinados a interconectar partes opuestas de la pared para la
transmisión forzada en tres direcciones perpendiculares entre sí
está de acuerdo con la invención, caracterizado porque dichos
medios de refuerzo en el recipiente de almacenamiento son placas
apiladas provistas de nervaduras y depresiones y están
interconectadas mediante cobresoldadura, soldadura de estaño plomo,
soldadura fría de presión o encolado, estando provistas dichas
placas de aberturas que forman canales a través de los cuales puede
circular el agua caliente.
Tales medios de refuerzo hacen posible diseñar
el recipiente con paredes extremadamente finas, y permiten todavía
presiones interiores altas sin deformaciones.
Preferiblemente, el recipiente puede estar
diseñado con la misma forma exterior y tamaño que el intercambiador
de calor en dos direcciones perpendiculares entre sí, haciendo
posible montar este, por ejemplo, como una continuación del
intercambiador de calor de placas.
El recipiente podría estar diseñado como un
intercambiador de calor de placas de líquido a líquido de dos
circuitos en el que solamente se usa un circuito. No obstante,
podrían usarse ventajosamente ambos pasajes de circuito, si al
menos se configura una placa en el mismo para proporcionar una
conexión entre los dos circuitos.
Con la máxima preferencia el recipiente podría
estar diseñado de modo que formase una parte enteriza del
intercambiador de calor de placas que suministra el agua caliente
que ha de almacenarse en el recipiente.
La invención se describirá con más detalle con
referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales:
la figura 1 ilustra el principio básico de la
presente invención y es una sección vertical a través de un
calentador de agua que muestra el principio de funcionamiento usado
en los calentadores de agua según la invención, estando tomada la
sección a lo largo de la línea I-I de la figura
3;
la figura 2 es una vista extrema lateral derecha
de la parte de intercambiador de calor de placas del calentador de
agua mostrada en la figura 1 vista en la dirección de las flechas
II-II de la figura 1;
la figura 3 es una vista extrema lateral
izquierda de la figura 1 vista en la dirección de las flechas
III-III en la figura 1;
la figura 4 es una sección vertical a lo largo
de la línea IV-IV en la figura 3;
la figura 5 es una sección a lo largo de la
línea V-V en la figura 7 que muestra una realización
de un calentador de agua según la invención en la que un recipiente
para agua caliente ha sido integrado con un intercambiador de calor
de placas;
la figura 6 es una sección a lo largo de la
línea VI-VI en la figura 7;
la figura 7 es una vista extrema izquierda del
dispositivo de la figura 5 visto en la dirección de las flechas
VII-VII en la figura 5;
la figura 8 es una vista extrema derecha del
dispositivo mostrado en la figura 5 visto en la dirección de las
flechas VIII-VIII de la figura 5;
las figuras 9 y 10 muestran secciones a lo largo
de las líneas IX-IX y X-X
respectivamente de la figura 7;
la figura 11 es una vista en perspectiva, en
despiece ordenado del calentador de agua ilustrado en las figuras 5
a 10 que muestra el principio de trabajo del dispositivo;
la figura 12 es una sección vertical a través de
una realización más de la invención, siguiendo la sección la línea
XII-XII de la figura 14;
la figura 13 es una sección a través del mismo
dispositivo a lo largo de la línea XIII-XIII de la
figura 14;
la figura 14 es una vista extrema lateral
izquierda del dispositivo mostrado en la figura 12 visto en la
dirección de las flechas XIV-XIV de la figura
12;
la figura 15 es una vista extrema lateral
derecha del dispositivo de la figura 12 visto en la dirección de
las flechas XV-XV en la figura 12;
la figura 16 es una sección a lo largo de la
línea XVI-XVI de la figura 14;
la figura 17 es una sección a lo largo de la
línea XVII-XVII de la figura 14; y
la figura 18 es una vista en perspectiva, en
despiece ordenado del calentador de agua ilustrado en las figuras
12 a 17 que muestra el principio de trabajo del dispositivo.
Las figuras 1 a 4 muestran el principio de
funcionamiento general usado en la presente invención. En la figura
1 un intercambiador de calor de placas ha sido designado con el
número 1 y está conectado a un recipiente 2 de almacenamiento
mediante un tubo 3. El intercambiador 1 es del tipo de placas de dos
circuitos conocido que tiene una entrada 4 para un fluido que ha de
ser calentado, en el caso actual una corriente de agua doméstica.
El agua caliente deja el intercambiador 1 a través del tubo 3. El
calentamiento se efectúa intercambiando calor con un circuito de
agua caliente que tiene una entrada 5 y una salida 6 mostrado en las
figuras 3 y 4. El recipiente 2 de almacenamiento tiene una pared 2'
de limitación exterior provista del tubo 7 de salida gobernado por
una válvula 8. La entrada 4 al circuito de agua doméstica en el
intercambiador 1 de calor de placas está conectada por ejemplo al
sistema de trabajo de agua urbana. El circuito de agua caliente
incluye una caldera, no mostrada, conectada a la entrada 5 y la
salida 6 del intercambiador 1 de calor.
Durante el funcionamiento del sistema, es decir
cuando se toma agua doméstica abriendo la válvula 8, entra agua
doméstica fría en el intercambiador 1 de calor a través de la
entrada 4 y se alimenta al recipiente 2 después de ser calentada
desde por ejemplo 10ºC hasta 55ºC. Simultáneamente, la corriente de
agua caliente de calentamiento puede entrar por la entrada 5 del
intercambiador 1 de calor a una temperatura de 80ºC y abandonar la
salida 6 a una temperatura de 65ºC. En el caso de detener la salida
de agua doméstica durante un periodo de por ejemplo unos pocos
minutos y luego reiniciar la salida, el agua doméstica contenida
dentro del intercambiador 1 de calor durante el periodo en el que
nada de agua doméstica abandona el intercambiador 1 de calor
abandonará el intercambiador 1 a una temperatura más alta que
podría alcanzar 70ºC. Esto podría ser perjudicial si se utilizase
directamente para lavar personas, especialmente niños. Por lo tanto,
el recipiente 2 ha sido dispuesto entre el intercambiador 1 de
calor y la válvula 8. El volumen del recipiente 2 debería ser
suficientemente grande para contener la cantidad de agua doméstica
necesaria para evitar el pico en la temperatura. El espacio
disponible se usará normalmente con la máxima economía configurando
el recipiente 2 como una caja que tenga la misma altura y anchura
que el intercambiador 1 de calor. Debido a las grandes variaciones
en la presión interior un recipiente en forma de caja se deformará
perjudicialmente a menos que esté provisto de una pared muy gruesa.
Esto es imposible desde el punto de vista económico. Según la
presente invención la pared 2' del recipiente 2 puede ser muy fina
porque partes de pared opuestas del recipiente 2 en forma de caja
según la invención han sido interconectadas mediante medios 9, 10 y
11 de refuerzo capaces de transmitir fuerzas en tres direcciones
perpendiculares entre sí. Los medios de refuerzo se muestran de modo
solamente esquemático.
Según la invención el refuerzo de la pared 2' de
recipiente se establece proporcionando el recipiente 2 con placas
apiladas interiores que tienen modelos estampados de nervios y
depresiones y están cobresoldadas, soldadas con estaño plomo o
encoladas juntas, de una manera similar a la manera tradicional de
fabricar intercambiadores de calor de placas. Al recipiente 2 se le
dan preferiblemente las mismas dimensiones exteriores que al
intercambiador 1 de calor en dos direcciones y puede ser por lo
tanto fabricado como una prolongación del intercambiador 1.
Una realización de este tipo de calentador de
agua se muestra en las figuras 5 a 10 y el principio de circulación
se ilustra en la figura 11. El calentador de agua mostrado en las
figuras 5 a 10 es un intercambiador 1 de calor y un recipiente 2
integrados. La figura 5 es una sección a lo largo de la línea
V-V de la figura 7, la cual a su vez es una vista
extrema izquierda de la figura 5 en la dirección de las flechas
VII-VII en la figura 5. La sección de la figura 5
muestra la circulación de agua doméstica que entra en la parte 1 de
intercambiador de calor a través de la entrada 4 y circula hacia
abajo entre pares de placas 12 intercambiadoras de calor hasta un
espacio 3 colector conectado a un espacio colector 3'
correspondiente en el fondo de la parte 2 de recipiente. El agua
doméstica se hace pasar ahora hacia arriba entre pares de placas 13
y dejará la parte 2 de recipiente a través de la salida 7 provista
de una válvula 8. Una placa 14 de separación impide que la
corriente de agua doméstica pase directamente de la entrada 4 a la
salida 7.
La figura 6, que es una sección a través de la
entrada 5 y la salida 6 para el medio de calentamiento del
intercambiador 1 de calor, dicha sección, que está tomada a lo largo
de la línea VI-VI de la figura 7, ilustra el
circuito del medio de calentamiento que entra a través de la entrada
5, circulando hacia arriba entre pares 12 de placas y deja el
intercambiador 1 a través de la salida 6. La placa 14 separará el
intercambiador 1 de calor del recipiente 2 impidiendo que el medio
de calentamiento entre en los espacios vacíos 15 en el recipiente
2.
Las figuras 9 y 10 que son secciones a lo largo
de las líneas IX-IX y X-X
respectivamente en la figura 7 muestran la salida 6 para el medio
de calentamiento respectivamente la entrada 4 y la salida 7 para
agua doméstica así como la entrada 5 para el medio de
calentamiento. También se muestran los volúmenes 15 vacíos.
La figura 11 muestra como una placa extrema 17,
una pila de placas 12, 12', 12" y la placa 14 de separación que
forman la parte de intercambiador 1 de calor según las figuras 5 a
10, mientras que la placa 14 de separación, una pila de placas 13,
13', 13" y una placa extrema 18 forman la parte 2 de recipiente.
La placa extrema 17 está provista de una entrada 4 para el agua
doméstica fría, una entrada 5 para el medio de calentamiento y una
salida 6 para el medio de calentamiento. El espacio entre la placa
extrema 17 y la primera placa 12 de intercambio de calor no se usa
y un anillo 19 sirve como un canal para la circulación de agua
doméstica. El espacio entre la primera placa 12 de intercambiador
de calor y la placa siguiente 12' en la pila está bloqueado para el
paso de agua doméstica, pero permite el paso del medio de
calentamiento para que entre en el intercambiador 1 a través de la
entrada 5. El agua doméstica circula hacia abajo entre la placa 12'
y la placa 12" adyacente y deja el intercambiador a través de la
parte 3 de colector de salida y entra en el recipiente a través de
la parte 3' de colector. Los espacios entre las placas 12 y 12'
respectivamente 12" y 14 están abiertos para la circulación
hacia arriba del medio de calentamiento que deja el intercambiador
de calor a través de la salida 6. En la figura 11 las placas
intercambiadoras de calor se indican como provistas de modelos en
forma de espina de arenque que son tradicionales en los
intercambiadores de calor de placas.
Las placas de la parte 2 de recipiente del
calentador de agua mostrado en las figuras 5 a 11 están provistas
también de tal modelo, pero no tienen el propósito de intercambiar
calor. No obstante, es ventajoso proporcionar incluso las placas
dentro del recipiente 2 con el mismo modelo de espina de arenque, en
parte porque un bajo número de diferentes tipos de placa es más
económico, y en parte porque el efecto de refuerzo en tres
direcciones perpendiculares entre sí se obtiene fácilmente en el
recipiente 2 cuando las placas provistas del modelo son
cobresoldadas juntas.
Una primera parte 21 del agua doméstica que deja
la parte la parte 1 de intercambiador y entra en el recipiente 2 en
3' pasará ahora hacia arriba en un canal entre la placa 14 de
separación y la primera placa 13 del recipiente 2, mientras que una
segunda parte 22 del agua doméstica caliente pasará hacia arriba
entre las placas 13' y 13'', es decir canales alternos entre las
placas de la parte 2 de recipiente. Dicha segunda parte 22 del agua
doméstica vuelve a la corriente 21 antes de dejar la parte 2 de
recipiente a través de la salida 7. Los canales restantes en la
parte 2 de recipiente, es decir el canal entre las placas 13 y 13'
y el canal entre las placas 13'' y 18 tienen bloqueada la entrada
de cualquier medio. Por tanto la parte 1 de intercambiador de calor
del calentador de agua funciona como un intercambiador de calor de
dos placas de circulación ordinario, en tanto que la parte 2 de
recipiente sirve como un distribuidor para el flujo de agua
doméstica caliente dividiendo este y reuniéndolo antes de que
abandone el recipiente 2 a través de la salida 7. Esto garantizará
que los picos de temperatura se evitan y funcionará de tal manera
que no existirá el riesgo de acumulaciones del agua doméstica que
no circule permanentemente.
Una mejora más todavía de la parte 2 de
recipiente del calentador de agua se ilustra mediante la realización
de las figuras 12 a 18. Aquí, el objeto es utilizar el volumen
total del recipiente 2 para dividir la circulación del agua
doméstica que sale del intercambiador 1 de calor.
La parte 1 de intercambiador de calor es la
misma que ha sido descrita anteriormente y mostrada en las figuras
5 a 11, pero una placa extrema 30 de la parte 2 de recipiente ha
sido diseñada de modo que proporciona, junto con una placa
adyacente 13''', canales 31 y 32 que conectan pares de canales
colectores a través del recipiente en su parte inferior y superior
como se explicará más adelante. El agua doméstica que entra en la
parte 2 de recipiente en 3' se mueve hacia arriba entre canales
alternos formados por las placas en la parte 2 de recipiente. No
obstante, como se muestra en las figuras 16 y 18, el canal 31
permite también que una corriente de agua doméstica pase hacia
arriba a través de los canales restantes en la parte 2 de
recipiente. Las corrientes hacia arriba de agua doméstica a través
de la parte 2 de recipiente se unen en colectores paralelos 3'' y
3''', véase figura 17, y finalmente se reúnen por medio del canal 32
antes de salir de recipiente 2 por la salida 7.
En la figura 18 se verá que la circulación de
agua doméstica caliente que entra en la parte 2 de recipiente en la
parte 3' de colector se dividirá en una primera corriente 33 y una
segunda corriente 34. La primera corriente 33 pasará hacia arriba
entre la placa 14 de separación y la primera placa 13 en la parte 2
de recipiente. Esta continúa directamente a través del recipiente 2
hasta la salida 7 a través del colector 3'', como se muestra en la
figura 17. La segunda corriente 34 continúa a través del colector
3', pero una parte 35 de la corriente se deriva y pasará hacia
arriba entre las placas 13' y 13''. Aquí, alcanzará el colector 3''
y se reunirá con la primera corriente 33. El resto de la segunda
corriente 34 pasará a través del canal 31 y será devuelto en la
dirección hacia el intercambiador 1 de calor a través de un colector
3'''', véase la figura 16, y ascenderá a través de la parte 2 de
recipiente hasta el colector 3''' a través de los canales restantes,
es decir los canales entre las placas 13'''-13'' y
13'-13. La corriente de agua doméstica del colector
3''' dejará el recipiente 2 a través del canal 32 hacia la salida
7.
Se comprenderá que por razones de claridad las
figuras 11 y 18 no se han mostrado con el número de placas mostrado
en las correspondientes figuras 5-10 respectivamente
figuras 11-17.
Se comprenderá también que el calentador de agua
según las figuras 11-18, aunque es más costoso,
podría ser preferido pues tiene mejor comportamiento en relación
con su coste de fabricación.
Claims (5)
1. Un calentador (1,2) de agua que comprende un
intercambiador (1) de calor de placas y un recipiente (2) de
almacenamiento para agua caliente, estando provisto dicho recipiente
(2) de almacenamiento de una pared (2') de limitación exterior, una
abertura (7) de salida para suministrar el agua caliente y medios
(9-11, figura 1; 13-13''' figuras 5
a 18) de refuerzo destinados a interconectar partes opuestas de la
pared (2') para forzar la transmisión de fuerzas en tres
direcciones perpendiculares entre sí,
caracterizado porque dichos medios de
refuerzo en el recipiente (2) de almacenamiento son placas apiladas
(13-13''', figuras 5 a 18) provistas de nervaduras y
depresiones y están interconectadas mediante cobresoldadura,
soldadura de estaño plomo, soldadura fría de presión o encolado,
estando provistas dichas placas de aberturas que forman canales
(3', 3'', 3''', 3'''') a través de los cuales puede circular el agua
caliente.
2. Un calentador de agua según la reivindicación
1, caracterizado porque la forma exterior y el tamaño del
recipiente de almacenamiento en dos direcciones perpendiculares son
sustancialmente iguales a la forma y el tamaño correspondientes del
intercambiador (1) de calor conectado el recipiente (2).
3. Un calentador de agua según la reivindicación
2, caracterizado porque el recipiente (2) de almacenamiento
está diseñado como un intercambiador de calor de placas, de líquido
a líquido, de dos circuitos, convencional en el que se usa
solamente un circuito (figuras 5 a 11).
4. Un calentador de agua según la reivindicación
2, caracterizado porque el recipiente (2) de almacenamiento
está diseñado como un intercambiador de calor de placas, de líquido
a líquido, de dos circuitos, convencional a excepción de una placa
extrema (30, figuras 16 a 18) que está configurada para proporcionar
conexiones (31, 32) entre los dos circuitos.
5. Un calentador de agua según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el recipiente
(2) de almacenamiento forma parte enteriza con el intercambiador
(1) de calor de placas que suministra el agua caliente (figuras 5 a
18).
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