ES2315240T3 - Aparato de tratamiento del agua. - Google Patents

Abstract

Un aparato de tratamiento de agua que comprende un cartucho de tratamiento (10, 60) que tiene una entrada (18, 65) para el agua que se ha de tratar, una salida (25, 67) para el agua tratada, un calentador (17, 76) y un filtro (22, 23, 78, 79), dispuesto entre el calentador y la salida, en el cual se han proporcionado medios (38, 81) para llenar el cartucho con agua hasta un nivel máximo que deja un espacio de cabecera (10A, 80A) entre el agua y el techo (14, 61) del cartucho, de tal manera que la entrada al cartucho se encuentra por debajo del nivel de agua de funcionamiento (10B, 80), caracterizado porque el calentador se encuentra dentro del cartucho para entrar en contacto directo con el agua.

Description

Aparato de tratamiento del agua.

Esta invención se refiere al tratamiento del agua y concierne particularmente al aporte de unos medios de purificación de agua en un aparato adecuado para uso en un dispensador de bebidas posteriormente a su mezcla, aunque se apreciará que el agua tratada de acuerdo con la invención puede ser utilizada para otros propósitos.

La calidad y la pureza del agua varían considerablemente de un lugar a otro y es un propósito de la invención proporcionar unos medios por los cuales el agua destinada a ser utilizada en un dispensador de funcionamiento previa mezcla o para otros usos, puede hacerse de las deseadas calidad y pureza utilizando unos medios relativamente sencillos de poner en funcionamiento y renovables.

Para resultar adecuada para uso en bebidas, el agua no debe tener una cantidad excesiva de bicarbonato, carbonato ni materia orgánica. Puede también ser necesario eliminar el cloro y los metales pesados.

Es también un propósito de la invención proporcionar un dispositivo de tratamiento del agua perfeccionado en el que pueda ser mejorado el bloqueo o corte del flujo de agua a través del dispositivo por la necesaria precipitación de las impurezas no deseadas.

Se conoce por el documento US 4.844.796 el hecho de proporcionar un aparato de tratamiento del agua para dispensadores de bebida previa mezcla en los que el agua que se ha de tratar se hace pasar al interior de un cartucho susceptible de ser retirado y desechable que tiene un primer tramo o sección de reactor y un segundo tramo o sección de filtro, de tal manera que el agua es calentada primeramente en la sección de reactor, al hacerla pasar a través de un intercambiador de calor y, en segundo lugar, por medio de un calentador. El calentador está colocado en una abertura central definida por una porción anular del cartucho, por lo que no entra en contacto directo con el
agua.

Una disposición de calentador similar se describe en el documento US 5.858.248, en el que el calentador puede estar situado en la cavidad central de un cartucho desechable de un dispositivo de tratamiento de agua. Unas disposiciones de calentador alternativas, descritas en esta solicitud, están destinadas a colocar el calentador en torno a la superficie cilíndrica exterior del cartucho o a disponer un calentador de cilindro o tambor de gas por debajo de una "chimenea" central, esto es, la cavidad central definida por la porción anular del cartucho.

En todas estas realizaciones de calentador, el calentador se mantiene separado del agua que se está tratando. Éste no llega a quedar cubierto por depósitos de las impurezas precipitadas que abandonan su disolución en el agua durante las etapas de calentamiento y criba o tamización que tienen lugar dentro del cartucho. Así pues, los calentadores son reutilizables y no se desechan conjuntamente con los cartuchos desechables.

Los presentes inventores han encontrado ahora, de forma sorprendente, que es posible conseguir unos medios de purificación de agua eficaces y económicos sin necesidad de separar el calentador del agua sometida a tratamiento y, por tanto, sin necesidad de que el calentador tenga una larga expectativa de vida en instalación.

De acuerdo con ello, según un aspecto, la invención proporciona un aparato de tratamiento de agua que comprende un cartucho de tratamiento que tiene una entrada para el agua que se ha de tratar, una salida para el agua tratada, un calentador, situado dentro del cartucho y destinado a entrar en contacto directo con el agua, y un filtro, dispuesto entre el calentador y la salida, así como medios para llenar el cartucho con agua hasta un nivel máximo que deja un espacio de cabecera entre el agua y el techo del cartucho, de tal manera que la entrada al cartucho se encuentra por debajo del nivel de agua de funcionamiento.

Preferiblemente, la entrada está dispuesta de tal manera que el agua se desplaza hacia arriba por el interior del cartucho.

Convenientemente, el alojamiento se da en la forma de un cartucho desechable que se puede desechar, incluido su calentador, cuando se alcanza su expectativa de vida útil.

El cartucho puede contener una o más pantallas perforadas o mallas entre el calentador y el filtro, pero esto no es esencial.

Así pues, en una realización preferida, el aparato comprende un alojamiento cilíndrico que tiene una entrada para el agua que se ha de tratar, un calentador, separado por un espacio por encima de la base del alojamiento y, extendiéndose dentro del alojamiento cilíndrico, una o más pantallas perforadas, situadas por encima del calentador, un filtro, situado por en cima de la(s) pantalla(s), y una salida para el agua tratada, situada por encima del filtro. La salida puede, convenientemente, estar practicada a través del extremo superior cerrado del cilindro.

La salida se extiende por debajo del nivel del agua, de tal manera que el agua caliente abandona el alojamiento de tratamiento sin desplazarse a través del espacio de cabecera. El vapor y las sustancias volátiles son recogidos en el espacio de cabecera y puede permitírseles escapar a través de una válvula de liberación o alivio de la presión, según se describe con mayor detalle más adelante.

El agua sin filtrar procedente, por ejemplo, de la red de abastecimiento puede pasar primeramente a través de un intercambiador de calor para su caldeamiento antes de pasar al interior del alojamiento. El agua calentada y tratada que sale del alojamiento puede hacerse pasar, en el sentido opuesto, a través del intercambiador de calor, de manera que actúe como el medio de intercambio de calor para el caldeo del agua entrante procedente de la red de abastecimiento. El agua tratada es, con ello, convenientemente enfriada antes de hacerse pasar a un depósito para su utilización directa.

En otra realización preferida, el intercambiador de calor y el alojamiento para el tratamiento del agua pueden estar contenidos en una única unidad, preferiblemente de tal modo que el intercambiador de calor se encuentra directamente por debajo del alojamiento de tratamiento de agua. Éste puede consistir en una estructura unitaria o en dos estructuras independientes: un alojamiento de tratamiento de agua y un intercambiador de calor, que pueden ser total o parcialmente desechables. Por ejemplo, el alojamiento de tratamiento de agua puede ser un cartucho desechable y el intercambiador de calor puede ser no desechable.

Esta disposición en una única unidad tiene la ventaja de que las conducciones instaladas entre el intercambiador de calor y el alojamiento de tratamiento de agua pueden reducirse considerablemente, si no suprimirse. El agua calentada procedente del intercambiador de calor puede pasar directamente al interior del alojamiento de tratamiento de agua, y el agua tratada procedente del alojamiento puede pasar directamente de vuelta a las espiras o serpentines del intercambiador de calor al objeto de calentar el agua que entra. Esta disposición reduce las zonas en que pueden acumularse depósitos de precipitación y afectar perjudicialmente al flujo de agua. También, con el intercambiador de calor directamente por debajo del alojamiento de tratamiento de agua, la entrada al alojamiento de tratamiento de agua puede efectuarse fácilmente por su extremo inferior, más frío.

La entrada para el agua que se ha de tratar puede efectuarse, de forma conveniente, a través del suelo el alojamiento de tratamiento de agua, si bien esto no es esencial. Por ejemplo, en algunas realizaciones, el agua que se ha de tratar puede introducirse en el alojamiento a través de un conducto que entra en el alojamiento a través del techo en posición próxima a éste, conducto que se extiende hacia abajo por dentro del alojamiento, hacia su base. Al abandonar el conducto, el agua, una vez que el alojamiento se ha llenado hasta el extremo inferior del conducto, se desplazará entonces hacia arriba.

De acuerdo con otro aspecto, la invención proporciona un método para hacer funcionar un aparato de tratamiento de agua que comprende un cartucho de tratamiento y un intercambiador de calor, de tal modo que el cartucho de tratamiento tiene una entrada para el agua que se ha de tratar, una salida para el agua ya tratada, un calentador situado dentro del cartucho y un filtro dispuesto entre el calentador y la salida, de tal manera que la entrada al cartucho de tratamiento recibe el agua que ha pasado desde una fuente de agua sin tratar, a través del intercambiador de calor, y la salida desde el cartucho de tratamiento hace pasar el agua ya tratada de vuelta a través del intercambiador de calor, y de modo que se ha proporcionado una válvula de derivación que cierra el intercambiador de calor al agua no tratada entrante y permite que el agua entrante sin tratar fluya directamente al interior del cartucho de tratamiento, por lo que el agua caliente tratada que pasa a través del intercambiador de calor esteriliza el intercambiador de calor.

Los medios de válvula de derivación pueden consistir, de forma conveniente, en una primera válvula situada en el conducto de entrada al intercambiador de calor, que está abierta durante el funcionamiento normal con el fin de permitir que el flujo entrante de agua no tratada, por ejemplo, agua de la red de abastecimiento, y una válvula de derivación, dispuesta en un conducto de derivación situado entre la fuente de agua no tratada y la primera válvula. La válvula de derivación está cerrada durante el funcionamiento normal. En el modo de esterilización, la primera válvula se cierra y la válvula de derivación se abre, por lo que se permite que el agua entre en el conducto de derivación, el cual lleva el agua no tratada directamente hasta la entrada al alojamiento de tratamiento.

Esta disposición de esterilización puede ser utilizada con unidades independientes dispuestas adyacentemente o lado con lado, o con unidades individuales, las cuales pueden emplearse unas sobre otras según se ha descrito anteriormente, y con alojamientos que tienen calentadores que pueden estar o no en contacto directo con el agua.

En el caso de que el alojamiento de tratamiento de agua y el intercambiador de calor estén alojados lado con lado en lugar de uno por debajo de otro, sus extremos superiores pueden estar cerrados, convenientemente, por una placa individual de forma apropiada y provista de una junta de estanqueidad, por ejemplo, de acero. La instalación de conducciones necesaria para que el agua requerida fluya al interior de los dos alojamientos y fuera de éstos puede pasar, entonces, a través de unos orificios practicados en la placa, provistos de las dimensiones apropiadas y dotados de juntas de estanqueidad. Sin embargo, en otra realización, esta placa de cierre se reemplaza por una placa de cubierta de doble pared formada por dos partes, preferiblemente por moldeo por inyección de material plástico. Se han moldeado unas galerías integrales en el interior de la placa con el fin de proporcionar los necesarios pasos para el flujo. Puede suprimirse así buena parte de la instalación externa de conducciones hacia el interior de los dos alojamientos y fuera de éstos y reemplazarse por unas vías de paso de gran sección y moldeadas integralmente que es menos probable que queden bloqueadas por depósitos. Por otra parte, la placa de doble pared puede ser abierta con facilidad, y decaparse y limpiarse más fácilmente.

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Los presentes inventores han encontrado, de forma sorprendente, que el contacto directo del calentador y el agua que éste está calentando no afecta perjudicialmente a la eficacia del procedimiento de tratamiento. Se forman depósitos, mayormente de carbonado de calcio, en la superficie del calentador, pero éstos tan sólo se acumulan hasta un cierto grado y, a continuación, se desprenden y caen al suelo del recipiente. Es más, los presentes inventores han encontrado que también se acumulan depósitos en torno a la pared o paredes interiores del alojamiento, y también puede acumularse un "techo" de depósitos en la superficie inferior de la pantalla situada en posición más inferior, o en la superficie inferior del filtro cuando no se utiliza pantalla. Por tanto, el agua que se está tratando, una vez que se ha producido esta acumulación, es tratada, de hecho, en una envoltura o alojamiento interno formado por los depósitos acumulados en el suelo del alojamiento, por una acumulación anular de depósitos en las paredes, y por el "techo" formado de depósitos. La acumulación de depósitos es lo suficientemente porosa como para no impedir el flujo en ninguna medida significativa, y el "techo" puede actuar, ciertamente, como un medio de filtración adicional. Puede crearse una turbulencia suficiente durante el procedimiento de tratamiento como para garantizar que la acumulación de depósitos en el calentador se desprende de vez en cuando, de tal modo que la eficacia de calentamiento del calentador no se ve perjudicada indebidamente. La densidad de potencia del calentador puede escogerse, por ejemplo, entre 20 W/cm^{2} y 30 W/cm^{2}, a fin de proporcionar la suficiente densidad potencia como para hacer que los depósitos se cuezan, se fragmenten y caigan antes de que llegue a formarse cualquier espesor sustancial de depósito. Alternativamente, puede encontrarse ventajoso, ocasionalmente, adoptar etapas para disgregar y desprender estos depósitos formados en el calentador. Por ejemplo, puede desconectarse o apagarse el calentador y, a continuación, proporcionársele un impulso súbito de la potencia. Este "impulso súbito" puede aplicarse de forma conveniente, póngase por caso, por la noche, cuando no se está haciendo uso del tratamiento del agua, de tal modo que la disgregación y desprendimiento de los depósitos puede producirse cuando se hace uso del aparato al día siguiente.

En otras realizaciones, es posible utilizar, en caso necesario, vibraciones del calentador ultrasónicas o de otro tipo, por ejemplo, las causadas por la frecuencia de la red de suministro de corriente alterna, para disgregar los depósitos del calentador. Las superficies del calentador pueden también ser pulidas o revestidas con un material de bajo rozamiento con el fin de ayudar a la disgregación y al desprendimiento de los depósitos.

Se apreciará que la capacidad de potencia del calentador variará de acuerdo con el volumen y, en particular, con la capacidad de caudal del alojamiento para el tratamiento de agua. Por ejemplo, puede emplearse de forma provechosa un calentador de entre 1.000 y 1.200 vatios para un caudal, esto es, la entrada de agua al interior del alojamiento, de entre 12 y 18 litros por hora.

Convenientemente, una vez que el alojamiento de tratamiento de agua se ha llenado inicialmente con agua hasta el nivel máximo deseado, la salida puede ser retenida en la posición abierta para un flujo continuo, siempre y cuando se haya alcanzado y se mantenga una temperatura satisfactoria del agua, la cual es supervisada por una sonda de temperatura, por ejemplo, una resistencia térmica o termistor, y la entrada puede ser abierta y cerrada según se requiera para rellenar el alojamiento, de tal modo que la necesidad de rellenado se detecta por una o más sondas de profundidad del agua dispuestas en la parte superior del alojamiento. De esta forma, la sonda o sondas de profundidad del agua se emplean para disparar o desencadenar la activación o la desactivación del flujo de agua según se requiera, por ejemplo, a través de una válvula y un regulador de presión, desde un suministro de agua de la red de abastecimiento.

Como el nivel de agua, por lo tanto, no sube nunca por encima del nivel máximo definido por esta sonda de profundidad del agua, el espacio de cabecera requerido se proporciona entre el agua y el techo del alojamiento. El espacio de cabecera, según se ha indicado anteriormente, recibe vapor del agua calentada y éste puede incluir sustancias volátiles no deseadas procedentes del agua.

En una realización más preferida, las sondas se instalan dentro de una cámara independiente contenida en el alojamiento, cámara que únicamente recibe agua tratada después de que ésta ha pasado a través de la etapa de calentamiento, de cualesquiera pantallas y del filtro. Tal disposición se describe en la Solicitud de Patente Internacional co-dependiente, del presente solicitante, Nº PCT/GB 99/03509, y tiene la ventaja de que las sondas no quedan inoperantes por una calcificación gradual.

Las sondas de profundidad del agua y/o las sondas adicionales pueden también utilizarse para medir y supervisar la calidad del agua, por ejemplo, el estado ionizado del agua tratada. Esto puede realizarse, de forma conveniente, por la medición, por ejemplo, de la diferencia de conductividad o capacidad eléctrica entre el agua sin tratar y la que se ha tratado.

En un dispositivo de tratamiento de agua convencional de la técnica anterior para el suministro de bebidas previa mezcla, puede calentarse agua a la temperatura ambiental, póngase por caso aproximadamente 10ºC, procedente de la red de abastecimiento, hasta aproximadamente 90ºC en el intercambiador de calor, hacerse pasar al alojamiento de tratamiento de agua, donde es calentada hasta aproximadamente 115ºC, y enfriarse a continuación en el intercambiador de calor hasta aproximadamente entre 20ºC y 30ºC. Si se desea, el aparato de tratamiento de agua de la presente invención puede hacerse funcionar a temperaturas del agua similares.

Sin embargo, los presentes inventores han encontrado que pueden acumularse depósitos considerables de impurezas, en particular, carbonato de calcio, en zonas del aparato en que pueden afectar perjudicialmente a su comportamiento, cuando se emplean tales temperaturas. Por ejemplo, a medida que la temperatura del agua que entra va aumentando conforme ésta pasa a través del intercambiador de calor, se acumulan depósitos en el intercambiador de calor, y estos depósitos pueden ser significativos en el cuarto final de las vías de paso del intercambiador de calor, donde la temperatura del agua es más elevada. La instalación de conducciones que lleva desde el intercambiador de calor hasta la zona de alojamiento para el tratamiento de agua puede quedar también seriamente "embotada", por lo que se reduce su diámetro. Por supuesto, este último problema puede paliarse como se ha sugerido anteriormente, construyendo el intercambiador de calor y el alojamiento de tratamiento de agua como una unidad. Es también posible aumentar el diámetro de las conducciones y/o utilizar conducciones aisladas, o bien un pulido las superficies internas o un revestimiento no adherente.

Los presentes inventores han encontrado, sin embargo, que estos depósitos no deseados pueden ser reducidos de tal modo que la mayor deposición pueda tener lugar en las zonas destinadas a la formación de depósitos, si la temperatura del agua se limita dentro de límites diferentes. Por ejemplo, en lugar de calentar el agua hasta 90ºC en el intercambiador de calor, ésta puede calentarse sólo hasta entre aproximadamente 70ºC y 75ºC y hacerse pasar al interior del alojamiento de tratamiento de agua a una temperatura más baja. Ésta es entonces calentada por el calentador hasta aproximadamente 115ºC, como es habitual, pero se enfría a continuación, por ejemplo, por medio de una disposición de serpentín y ventilador, hasta, por ejemplo, entre 75ºC y 85ºC, póngase por caso 80ºC, antes de pasar de vuelta a través del intercambiador de calor. Los depósitos en el intercambiador de calor y en la instalación de conducciones pueden ser, con ello, reducidos en gran medida.

En el caso de que se utilicen más de una pantalla perforada o malla, éstas pueden ser del mismo tamaño de perforaciones o de tamaños de perforaciones diferentes. Por ejemplo, pueden tener aberturas en cantidad de entre 0,394 y 0,787 por centímetro (entre 1 y 2 por pulgada). Las pantallas perforadas pueden tener patas pendientes que sobresalen hacia abajo desde sus caras laterales, por lo que la acumulación de depósitos puede adoptar una forma corrugada, con lo cual se incrementa el área superficial del depósito y se prolonga, por lo tanto, la vida útil de la unidad, al retrasarse el tiempo para el que la acumulación es suficiente para perjudicar el comportamiento.

El filtro puede ser de cualquier material adecuado. Los presentes inventores han encontrado que resulta particularmente adecuado el material plástico celular a modo de esponja, por ejemplo, el poliéster reticulado con material de base de espuma de poliuretano.

El alojamiento de tratamiento de agua se instala, preferiblemente, provisto de una válvula de alivio de la presión, la cual puede funcionar, por ejemplo, a aproximadamente 0,7 bar. El vapor que contiene sustancias volátiles no deseadas procedentes del agua, pasa desde el espacio de cabecera a través de la válvula de alivio y puede ser enfriado en un tubo condensador antes de permitirse que sea eliminado por drenaje. El caudal de evaporación a través de esta válvula a lo largo de un periodo de uso del aparato puede ser, por ejemplo, del orden del 2% en peso del agua que se está tratando. Preferiblemente, la válvula de alivio de la presión es una válvula de alivio de peso muerto, del tipo bien conocido en la técnica.

El agua tratada procedente del aparato de la invención se hará pasar, normalmente, a un depósito, por ejemplo, una bolsa contenida en un depósito del tipo de caja, donde puede enfriarse antes de ser extraída para su uso. Por otra parte, la presencia de un depósito entre el alojamiento de tratamiento de agua y la instalación en la que el agua tratada se ha de utilizar, garantiza que la instalación no puede extraer o aspirar en exceso agua tratada directamente al exterior del alojamiento de tratamiento y reducir, por tanto, de forma perjudicial la presión de funcionamiento necesaria en su interior. En otra realización preferida, por lo tanto, el depósito está provisto de unas conducciones de entrada y de salida independientes, y la entrada a la conducción de salida dentro del depósito está situada de manera que quede alejada del extremo de salida de la conducción de entrada dentro del depósito. Esto también contribuye a evitar zonas de agua "estancada" asentadas en el interior del depósito y que no son aspiradas, lo que mejora la higiene del agua, en particular para los dispensadores de bebidas. En esta realización, las conducciones de entrada y de salida de agua pueden estar conectadas por separado con el interior del depósito o bien pueden formar parte de un único dispositivo conectador, siempre y cuando sus posiciones de salida y de entrada, respectivamente, se encuentren distantes una de otra, según se ha descrito en lo anterior.

Cuando el depósito de agua tratada queda lleno, el flujo de agua a través del aparato se detiene, preferiblemente mediante unos medios de control automáticos, y el calentador puede ser controlado para permitir que la temperatura del agua calentada caiga hasta, póngase por caso, aproximadamente 90ºC, es decir, el agua se mantiene a una temperatura más baja en un modo de parada en espera, de tal modo que, cuando se necesita de nuevo el flujo hacia el depósito, el tiempo de respuesta del agua hasta alcanzar la totalidad de la temperatura de tratamiento es relativamente rápido.

El aparato de la invención puede, de forma conveniente, estar provisto de una función de mantenimiento que da prioridad a la seguridad, en virtud de la cual éste puede ser abierto para su mantenimiento y limpieza. El aparato puede ser alojado en un armario, cuya puerta se cierra por el accionamiento controlado de un perno, por ejemplo, mediante un solenoide accionado por una placa o cuadro de control. El cuadro de control puede ser programado, por lo que el solenoide no puede liberar el perno hasta que la temperatura del agua dentro del aparato haya caído hasta un valor predeterminado, por ejemplo, 50ºC. Cuando el cuadro de control se activa adecuadamente, por ejemplo, presionando un botón de "mantenimiento", pueden llevarse a cabo entonces automáticamente las siguientes acciones. La salida del agua tratada desde el alojamiento de tratamiento de agua se cierra y el calentador se desconecta. La entrada para, por ejemplo, el agua procedente de la red de abastecimiento al interior del aparato, se abre o se mantiene abierta si ya estaba abierta. El agua de la red de abastecimiento o de otra fuente de suministro circula por el aparato y lo inunda, conforme el agua de suministro es regulada a una presión por encima de la presión de funcionamiento dentro del alojamiento de tratamiento de agua. A medida que la salida del alojamiento para el agua tratada se cierra, el agua entrante fuerza el agua caliente que ya se encuentra en el aparato a salir a través de la válvula de alivio de presión. Se hace pasar agua de la red de abastecimiento al interior del aparato hasta que un sensor de temperatura interno, por ejemplo, una sonda de resistencia térmica o termistor, indica que se ha alcanzado la temperatura más fría que se desea. El cuadro de control acciona entonces la desconexión o desactivación del suministro de agua y gobierna el solenoide para que libere el perno, con el fin de permitir la apertura de la puerta del armario. Tras el mantenimiento y el cierre de la puerta del armario, se restablece el enclavamiento del solenoide en el perno. Esta función de mantenimiento puede permitir el acceso para el mantenimiento de forma mucho más rápida, por ejemplo, en unos pocos minutos, en comparación con la práctica de dejar que el aparato se enfríe normalmente. A modo de ejemplo únicamente, si el alojamiento de tratamiento de agua y el intercambiador de calor contienen entre los dos seis litros de agua, el paso de aproximadamente 8 litros de agua fría de la red de abastecimiento puede reducir la temperatura a 50ºC en entre seis y ocho minutos.

En aún otra realización, la eficacia del intercambiador de calor puede mejorarse permitiendo que una cierta proporción del agua no tratada que sale por su salida sea extraída, por ejemplo, para su eliminación por drenaje, en lugar de que toda ella pase al interior del alojamiento de tratamiento de agua. De esta forma, es necesario hacer pasar más agua fría, por ejemplo, desde la red de abastecimiento, al interior del intercambiador de calor para conseguir el mismo caudal trasegado, lo que tiene como resultado un efecto enfriador aumentado en el agua tratada que pasa de vuelta a través del intercambiador de calor. Este efecto puede ser suficiente para suprimir la necesidad de la disposición de enfriamiento por serpentín y ventilador que se ha descrito anteriormente para el enfriamiento del agua tratada antes de que entre en el intercambiador de calor para su enfriamiento.

A continuación se describirán realizaciones de la invención a modo de ejemplo únicamente y con referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales:

la Figura 1 es una ilustración esquemática de un aparato de tratamiento de agua de acuerdo con la invención;

la Figura 2 es una representación esquemática de una porción del alojamiento de tratamiento de agua del aparato de la Figura 1, que muestra la acumulación de una envoltura o alojamiento interno de depósitos;

la Figura 3 es una ilustración esquemática de un segundo aparato de tratamiento de agua de acuerdo con la invención;

la Figura 4 es una vista en corte de una disposición alternativa de tubo de salida desde un alojamiento de tratamiento de agua;

la Figura 5 es una vista en perspectiva y despiezada de la realización de la Figura 4; y

la Figura 6 es una ilustración esquemática de un aparato modificado respecto al de la Figura 1.

En la Figura 1 se muestra un aparato de tratamiento de agua según la invención, en el cual se hallan alineados lado con lado un alojamiento de tratamiento de agua, que comprende un cartucho 10, y un intercambiador de calor 11.

Un solenoide de entrada 12 controla el suministro de agua sin tratar, habitualmente procedente de la red de abastecimiento, al interior del intercambiador de calor 11 a través de una conducción 11A. (El sentido de flujo del agua a través del aparato se indica generalmente por flechas.) Cuando el solenoide de entrada se hace funcionar para permitir el flujo de entrada de agua, el agua sin tratar pasa entonces, a través de un regulador 12A de la presión de entrada, al interior de un tubo de entrada 13, el cual se extiende a través de una placa de cubierta 14, que cierra la parte superior del intercambiador de calor, y hacia abajo en dirección a la base 15 del intercambiador de calor. La placa de cubierta 14 se extiende también para cerrar la parte superior del cartucho 10. Como se ha indicado anteriormente, la placa 14 se dispone formando, convenientemente, un cierre hermético con la parte superior del cartucho 10 y del intercambiador de calor 11 por medio de una junta de estanqueidad (no mostrada). El tubo 13, a modo de ejemplo únicamente, puede tener un diámetro interior de 13 mm. El agua que fluye hacia abajo a través del tubo 13 sale por su extremo inferior 13A y, cuando el intercambiador de calor se llena de agua, sale entonces, a través de la placa de cubierta 14, al interior de un tubo 16, que puede ser de un diámetro interior de 18 mm y que conduce través de la cubierta 14 para la descarga del agua no tratada a través de la parte superior del cartucho 10.

El intercambiador de calor 11 también contiene un serpentín de retorno destinado a recibir agua no tratada procedente del cartucho 10 y que se describirá con mayor detalle más adelante.

Dentro del cartucho 10 del alojamiento de tratamiento de agua se encuentra un elemento de calentamiento eléctrico 17 de alta densidad, de, por ejemplo, 1.200 vatios de capacidad, situado en la mitad inferior del cartucho. El elemento 17 está conectado con unos circuitos eléctricos convencionales (no mostrados), gracias a los cuales el calentador puede ser conectado y desconectado según se requiera.

El agua no tratada que entra en el cartucho 10 desde el tubo 16 pasa descendiendo por un tubo 18 de diámetro interno mayor, el cual se muestra extendiéndose en sentido descendente hasta aproximadamente la mitad de la altura del cartucho, aunque puede, si se desea, extenderse casi hasta el suelo. El tubo 8 puede ser, por ejemplo, de resina acetal y tener un diámetro interior de 25 mm y un diámetro exterior de 35 mm. El agua que entra llena el cartucho 10, rodeando con ello el calentador 17, que, de esta forma, es calentado.

Rodeando el tubo 18 y situadas justo por encima de su extremo inferior, se encuentran dos pantallas 19 y 20, una por encima de la otra. Cada pantalla tiene una pluralidad de patas pendientes 21 en las que pueden formarse depósitos a partir del agua calentada. Las pantallas pueden tener un tamaño de malla de entre 0,394 y 0,787 pasos por centímetro (entre 1 y 2 por pulgada), por ejemplo.

Por encima de las pantallas 19 y 20 se encuentra una capa doble 22, 23 de un material fino de filtro, separada por una capa 24 de malla de pantalla. A modo de ejemplo únicamente, las capas de filtro 22 y 23 pueden tener, cada una, un espesor de entre aproximadamente 10 mm y 30 mm, y pueden estar hechas de filtra de poliéster comprimida o de poliéster reticulado con material de base de espuma de poliuretano, o bien de una combinación de los mismos.

El agua calentada es forzada a pasar ascendiendo a través de la pantalla y de las capas de filtro por la presión del agua no tratada que entra, y sale del cartucho 10 a través de un tubo de salida 25, el cual pasa a través de la placa de cubierta 14. La presión de suministro empuja el agua tratada al interior del tubo 25, cuyo extremo de entrada se encuentra por debajo del nivel 10B del agua, y está gobernada por la ebullición que tiene lugar en el espacio de cabecera 10A del cartucho 10, situado por encima del nivel 10B del agua, de manera que está controlada por la válvula 26 de alivio de presión, que permite al agua caliente y/o al vapor con sustancias volátiles no deseadas escapar al interior del tubo de alivio 27 y del serpentín de enfriamiento 28 cuando la presión interna en el cartucho supera un valor predeterminado, por ejemplo, 0,7 bar.

El agua caliente tratada pasa a través del tubo 25 y por un tubo de enfriamiento 28 y un ventilador 30, para entrar en el intercambiador de calor 11 a través de una entrada 31 dispuesta en la placa de cubierta 14. El agua tratada pasa a través de un serpentín 32, hacia la base 15 del intercambiador de calor, desde donde se hace pasar hacia arriba, a través de un tubo 33 que pasa por dentro del tubo de entrada 13 para el agua fría entrante. El tubo 33 sale a través de la placa de cubierta 14 y el agua tratada y enfriada pasa por un limitador 34 de flujo de salida y una válvula de solenoide de salida 35, hasta llegar a un depósito (no mostrado).

Como se ha indicado anteriormente, el agua no tratada puede entrar en el intercambiador de calor a aproximadamente 10ºC ó 20ºC y ser calentada hasta aproximadamente 115ºC en el cartucho 10. Una resistencia térmica o termistor 36 situado justo por encima de la capa de filtro 23, mide la temperatura del agua tratada y está conectado a una placa o cuadro de control 37, gracias a lo cual puede impedirse el paso del agua tratada a través de la válvula de solenoide de salida hasta que se haya alcanzado la temperatura correcta. Unas sondas de profundidad 38, 39, 40 se extienden por el interior de la parte superior del cartucho 10 y pueden también estar conectadas al cuadro de control. La sonda 38 indica cuándo se ha alcanzado la profundidad máxima requerida para el agua dentro del cartucho, la sonda 39 indica que el nivel de agua es bajo y la sonda 40 indica que se ha alcanzado el nivel de agua mínimo. El cuadro de control se acciona entonces de forma apropiada para iniciar o detener el proceso y el flujo de agua.

El agua fría que entra en el sistema puede ser caldeada en el intercambiador de calor por medio del agua tratada que sale, póngase por caso, a 72ºC, y el agua tratada puede ser enfriada inicialmente por el serpentín 29 y el ventilador 30 hasta aproximadamente 80ºC, y ser enfriada entonces, por último, en el intercambiador de calor para salir del aparato a aproximadamente 35ºC.

Un caudal de flujo típico puede ser entre 12 y 24 litros por hora para un cartucho de tratamiento de agua con un volumen de 3,5 litros.

Se apreciará que todas estas figuras son únicamente con fines ilustrativos y pueden variar ampliamente.

En la Figura 2 se muestra una porción del cartucho 10 de la Figura 1 tras la acumulación de depósitos, principal de carbonato cálcico, en el interior del cartucho.

El calentador 17 puede verse en un esbozo en el que presenta una envuelta o cubierta 17A de depósito, antes de que éste se fragmente y se disgregue hasta separarse del calentador. Se ha formado un "techo" ondulante 50 de depósitos sobre las patas 21 de la pantalla 19, pero las patas 21 de la pantalla superior 20 son aún visibles al igual que lo es el extremo inferior del tubo 18. La pared interior del cartucho 10 tiene una capa 51 de material depositado y su base está cubierta por una capa 52 de depósitos. El techo 50, las capas de pared 51 y la capa de suelo 52 forman, de hecho, un alojamiento interno o "igloo" 53 en cuyo interior tiene lugar el tratamiento térmico del agua.

En la Figura 3 se muestra un tipo alternativo de aparato de tratamiento de agua de acuerdo con la invención, en el cual el intercambiador de calor y el alojamiento de tratamiento de agua están situados en un único alojamiento 60 del tipo de cartucho, con el intercambiador de calor situado en la parte más inferior. El cartucho 60 puede ser, por ejemplo, de tubo de acero inoxidable con un espesor de pared de entre aproximadamente 0,5 mm y 1 mm. El cartucho está cerrado por su extremo superior por una tapa de extremo de plástico 61 que se mantiene en posición por medio de seis tornillos 62 (de los cuales tan sólo dos son visibles) y que forma un cierre hermético con la pared del cartucho por medio de una junta toroidal 63. Los tornillos 62 se enroscan en un anillo de acero inoxidable 64 soldado en torno al exterior del extremo superior del tubo de cartucho.

El cartucho está cerrado similarmente por su extremo inferior por una tapa de extremo de plástico 61A, seis tornillos 62A, un cierre u obturación de junta toroidal 63A y un anillo de acero inoxidable 64A.

Una entrada 65 para el agua fría no tratada pasa, a través de la placa 61A, al interior de la porción inferior, de intercambio de calor, del cartucho 60. Esta porción inferior contiene unos serpentines intercambiadores de calor 66 para el agua tratada de retorno, la cual, una vez enfriada, pasa al exterior del cartucho 60 a través de una salida 67 practicada en la placa 61A. Unos deflectores 68 se extienden verticalmente hacia arriba desde la superficie interior de la placa 61A, y unos deflectores 69 se extienden hacia abajo desde un miembro transversal 70 que está, a su vez, montado en unas barras 71 que también se extienden hacia arriba desde la placa 61A. Montadas en el miembro transversal 70 y extendiéndose por encima de él, se encuentran un par de barras adicionales 72 que soportan un miembro de cierre de acero inoxidable 73 que forma una trampa escalonada provista de brazos de acero inoxidable 74 y 75 que se extienden hacia dentro desde la pared del cartucho. Los deflectores y las barras pueden ser, por ejemplo, de resina acetal y proporcionar un camino o recorrido de flujo turbulento para el agua fría entrante a medida que ésta extrae calor del agua tratada que fluye al exterior.

Por encima de la trampa escalonada 73, 74, 75 se encuentra un calentador 76, dispuesto formando un cierre hermético en el interior de una abertura definida en la pared del cartucho, por medio de una brida anular 77. Por encima del calentador 76 se encuentra una primer filtro 78, basto, y, por encima de éste, un segundo filtro 79 más fino. El nivel de agua dentro del cartucho se indica por la referencia 80, lo que deja un espacio de cabecera 80A, y es supervisado por una sonda 81 que puede estar conectada a una placa o cuadro de control, según se ha descrito con referencia a la Figura 1. Una válvula de alivio 82 dispuesta en la placa 61 permite el escape de vapor y/o de agua caliente a una presión predeterminada.

Un tubo 83, cuyo extremo superior se encuentra por encima del filtro 79, permite que el agua calentada y tratada fluya hacia abajo al interior de los serpentines intercambiadores de calor 66 y desde allí a la salida 67. Como antes, la salida 67 puede conducir a un depósito para el agua tratada.

Este aparato puede controlarse y hacerse funcionar de una manera similar a la descrita con referencia a la Figura 1, si bien se apreciará que existe una instalación de conducciones considerablemente menor entre el intercambiador de calor y las partes de tratamiento de agua del aparato, por lo que se reducen considerablemente los puntos de bloqueo potenciales por depósitos originados por el agua.

En las Figuras 4 y 5 se muestra una conducción de salida 25A que tiene un extremo modificado para formar un laberinto con el fin de evitar el paso de burbujas, que pueden incluir sustancias volátiles indeseadas, a través del tubo de salida.

Esta conducción de salida modificada reemplaza la conducción 25 que se muestra en la Figura 1, y la porción de extremo de la conducción que se muestra en la Figura 4 se extiende por dentro de la cubierta (no mostrada) 14 de la Figura 1.

La conducción 25A tiene una porción de extremo convencional 100 de conducción, que pasa a través de la cubierta 14 del alojamiento de tratamiento. Esta está, sin embargo, cerrada por su extremo interior por medio de una tapa de extremo 101 de un diámetro más grande que el diámetro exterior de la porción de conducción 100. Unos orificios 102 están situados a través de la pared de la porción de conducción 100, cerca de su tapa de extremo 101. Estos orificios son visibles en la Figura 4 pero no en la Figura 5. La tapa de extremo 101 está ajustada apretadamente dentro de un manguito 103 que se extiende a lo largo del exterior de la porción de conducción 100 hasta una corta distancia más allá de los orificios 102, con lo que se proporciona un paso anular 104 a cuyo través puede fluir el agua caliente tratada hacia abajo y, a continuación, a través de los orificios 102 hasta el interior de la porción de conducción 100, para después salir del alojamiento de tratamiento de agua. Las burbujas 105 de, por ejemplo, sustancias volátiles no deseadas, fluyen hacia arriba según se indica por la flecha, hasta la superficie líquida 106, pero no pueden desplazarse hacia abajo para pasar a través de la disposición de laberinto de la conducción de salida 25A, y, por tanto, se impide que pasen a través de la salida junto con el agua tratada.

En la Figura 6 se muestra una forma alternativa del aparato, que tiene una función de esterilización para el intercambiador de calor. El aparato es esencialmente el mismo que el que se muestra en la Figura 1, de manera que las partes similares se han numerado idénticamente en la Figura 6 y no se describen de nuevo en detalle en lo que sigue.

El aparato modificado tiene una válvula 110 en la conducción 11A, de tal modo que la válvula 110 está situada entre el regulador 12A de la presión de entrada y la entrada al tubo 13 que lleva al interior del intercambiador de calor 11. Entre el regulador 12A y la válvula 110, una conducción en ramificación 112 sale fuera de la conducción 11A para entrar en el tubo 16, antes de que éste último lleve, a través de la cubierta 14, al interior del alojamiento 10 de tratamiento de agua. Una válvula 114 controla la entrada a la conducción 112 desde la conducción 11A.

Durante el funcionamiento normal del aparato, la válvula 114 está cerrada y la válvula 110 se encuentra abierta. El agua, por lo tanto, fluye al interior del intercambiador de calor 11, de allí al interior del alojamiento 10 de tratamiento de agua y de éste, de vuelta a través del intercambiador de calor 11, hasta la válvula de salida, para continuar hasta un depósito, justamente como se ha descrito con referencia a la Figura 1.

Con el fin de esterilizar el intercambiador de calor, la válvula 110 se cierra y la válvula 114 se abre. El agua fría que entra elude en derivación, por tanto, el intercambiador de calor 11 y fluye, a través de la conducción 112 y del tubo 16, directamente al interior del alojamiento 10 de tratamiento de agua, es decir, no es precalentada. El agua caliente tratada pasa a través del serpentín 32 situado dentro del intercambiador de calor, el cual, en ausencia de agua de enfriamiento entrante, aumenta su temperatura hasta, póngase por caso, por encima de 85ºC. El intercambiador de calor y las tuberías de salida del mismo son, por tanto, esterilizados.

Claims (28)

1. Un aparato de tratamiento de agua que comprende un cartucho de tratamiento (10, 60) que tiene una entrada (18, 65) para el agua que se ha de tratar, una salida (25, 67) para el agua tratada, un calentador (17, 76) y un filtro (22, 23, 78, 79), dispuesto entre el calentador y la salida, en el cual se han proporcionado medios (38, 81) para llenar el cartucho con agua hasta un nivel máximo que deja un espacio de cabecera (10A, 80A) entre el agua y el techo (14, 61) del cartucho, de tal manera que la entrada al cartucho se encuentra por debajo del nivel de agua de funcionamiento (10B, 80), caracterizado porque el calentador se encuentra dentro del cartucho para entrar en contacto directo con el agua.

2. Un aparato de tratamiento de agua de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el cartucho (10, 60) se da en la forma de un cartucho desechable que puede ser desechado con su calentador (17, 76) incluido.

3. Un aparato de tratamiento de agua de acuerdo con la reivindicación 1 ó la reivindicación 2, caracterizado porque el cartucho (10) contiene una o más pantallas perforadas (19, 20) entre el calentador (17) y el filtro (22, 23).

4. Un aparato de tratamiento de agua de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque el cartucho (10) es cilíndrico, el calentador (17) está separado por encima de la base del cartucho, las pantallas perforadas (19, 20) se encuentran por encima del calentador, el filtro (22, 23) está sobre las pantallas y la salida (25) para el agua tratada se encuentra por encima del filtro.

5. Un aparato de tratamiento de agua de acuerdo con la reivindicación 3 ó la reivindicación 4, caracterizado porque al menos una pantalla perforada (19, 20) tiene unas patas pendientes (21) que sobresalen hacia abajo desde su cara inferior.

6. Un aparato de tratamiento de agua de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el agua que se ha de tratar pasa primeramente a través de un intercambiador de calor (11), de tal manera que el intercambiador de calor es capaz de caldear el agua antes de que ésta pase al cartucho.

7. Un aparato de tratamiento de agua de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque el agua tratada que abandona el cartucho (10, 60) pasa a través del intercambiador de calor (11, 66) para calentar el agua entrante no tratada.

8. Un aparato de tratamiento de agua de acuerdo con la reivindicación 6 ó la reivindicación 7, caracterizado porque el intercambiador de calor (11, 66) y el cartucho (10, 60) de tratamiento de agua están contenidos en una única unidad.

9. Un aparato de tratamiento de agua de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque el intercambiador de calor (66) está colocado directamente por debajo del cartucho (60) de tratamiento de agua.

10. Un aparato de tratamiento de agua de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque el cartucho (10) de tratamiento de agua y el intercambiador de calor (11) están alojados lado con lado y una placa de cubierta (14) cierra los extremos superiores de ambos.

11. Un aparato de tratamiento de agua de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque la placa de cubierta (14) es una placa de doble pared formada por moldeo en dos partes que definen galerías internas con el fin de proporcionar los pasos de flujo para el agua.

12. Un aparato de tratamiento de agua de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el calentador (17, 76) tiene una densidad de potencia de entre 20 W/cm^{2} y 30 W/cm^{2}.

13. Un aparato de tratamiento de agua de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque incluye medios para hacer vibrar el calentador.

14. Un aparato de tratamiento de agua de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque es capaz de un caudal de paso de entre 12 y 18 litros de agua no tratada por hora al interior del cartucho (10, 60), y tiene un calentador (17, 76) de entre 1.000 y 1.200 vatios.

15. Un aparato de tratamiento de agua de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se encuentra situada dentro del cartucho (10, 60) una sonda de temperatura destinada a supervisar la temperatura del agua.

16. Un aparato de tratamiento de agua de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los medios para llenar el cartucho con agua hasta un nivel máximo comprenden una sonda (38, 81) de profundidad del agua.

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17. Un aparato de tratamiento de agua de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizado porque se utilizan dos o más sondas (38, 39, 40) de profundidad del agua para supervisar los niveles de agua dentro del cartucho.

18. Un aparato de tratamiento de agua de acuerdo con las reivindicaciones 15, 16 ó 17, caracterizado porque las sondas (38, 39, 40, 81) están instaladas dentro de una cámara independiente contenida en el cartucho, cámara que únicamente recibe agua calentada y tratada una vez que ésta ha pasado a través del filtro (22, 23, 78, 79).

19. Un aparato de tratamiento de agua de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se han proporcionado una o más sondas en el cartucho (10, 60) para medir la calidad el agua.

20. Un aparato de tratamiento de agua de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el agua tratada se hace pasar a un depósito, de tal modo que el depósito tiene unas conducciones de entrada y de salida, de manera que la entrada a la conducción de salida dentro del depósito está alejada del extremo de salida de la conducción de entrada.

21. Un aparato de tratamiento de agua de acuerdo con la reivindicación 20, caracterizado porque se han proporcionado medios de control automáticos para detener el flujo de agua a través del aparato (10, 60) cuando el depósito está lleno.

22. Un aparato de tratamiento de agua de acuerdo con la reivindicación 21, caracterizado porque los medios de control son también capaces de controlar el calentador (17, 76) con el fin de permitir que el agua calentada sea mantenida a una temperatura inferior en un modo de parada en espera, cuando el flujo de agua está detenido.

23. Un aparato de tratamiento de agua de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en combinación con un armario que tiene un mecanismo de accionamiento controlado de un perno, de tal modo que el aparato está alojado dentro del armario, la puerta del armario está cerrada por el mecanismo de accionamiento controlado de perno, y los medios de control están programados para liberar el perno únicamente cuando la temperatura del agua dentro del cartucho (10, 60) ha caído hasta un nivel predeterminado.

24. Un aparato de tratamiento de agua de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 23, caracterizado porque incluye medios para permitir que una cierta proporción del agua no tratada que sale por la salida del intercambiador de calor (16) sea extraída y retirada en lugar de hacerse pasar al cartucho de tratamiento (10).

25. Un aparato de tratamiento de agua de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 24, que comprende medios de enfriamiento (29, 30), por ejemplo, una disposición de serpentín y ventilador, a través de los cuales se hace pasar el agua calentada que sale del cartucho (10), antes de su paso de vuelta al interior del intercambiador de calor (11).

26. Un método para hacer funcionar un aparato de tratamiento de agua que comprende un cartucho de tratamiento (10) y un intercambiador de calor (11), de tal modo que el cartucho de tratamiento (10) tiene una entrada (18) para el agua que se ha de tratar, una salida (25) para el agua tratada, un calentador (17), situado dentro del cartucho, y un filtro (22, 23), dispuesto entre el calentador (17) y la salida (25), de tal modo que el método comprende recibir agua que ha pasado desde una fuente de agua sin tratar a través del intercambiador de calor (11) en la entrada (18) del cartucho de tratamiento, y hacer pasar el agua tratada de vuelta a través del intercambiador de calor (11) desde la salida (25) del cartucho de tratamiento, y está caracterizado por proporcionar medios de válvula de derivación (110, 112, 114) que cierran el intercambiador de calor (11) al agua entrante no tratada, y permiten que el agua entrante no tratada fluya directamente al interior del cartucho de tratamiento (10), por lo que el agua caliente tratada que pasa a través del intercambiador de calor (11) esteriliza el intercambiador de calor.

27. Un método de acuerdo con la reivindicación 26, en el cual los medios de válvula de derivación consisten en una primera válvula (110), situada en la conducción de entrada al intercambiador de calor (11), y una válvula de derivación (114), dispuesta en una conducción de derivación (112) entre la fuente de agua no tratada y la primera válvula (110), de tal modo que la primera válvula (110) está abierta durante el funcionamiento normal con el fin de permitir el flujo entrante de agua no tratada, la válvula de derivación (114) está cerrada durante el funcionamiento normal, y la primera válvula (110) se cierra y la válvula de derivación (114) se abre para esterilizar el intercambiador de calor.

28. Un método de acuerdo con la reivindicación 26 ó la reivindicación 27, en el cual el calentador (17, 76) está en contacto directo con el agua contenida en el cartucho.