MX2013008279A - Calentador de paso que atenua el efecto altitud. - Google Patents

Abstract

Calentador de paso que atenúa el efecto altitud caracterizado por estar compuesto por un sistema de combustión, que ensambla cuatro mezcladores a una base rectangular en la cual se inyecta gas y la cual lo distribuye a través de cincuenta pequeñas cavidades. El sistema de combustión se ensambla a un sistema de transferencia de calor. El calentador de paso que atenúa el efecto altitud es apto para altitudes mayores a 2000 metros sobre el nivel del mar sin disminuciones considerables de potencia y aumentos representativos en las emisiones contaminantes y tóxicas. El sistema de combustión posee un arrastre.

Description

CALENTADOR DE PASO QUE ATENÚA EL EFECTO ALTITUD CAMPO TÉCNICO Esta invención está relacionada con artefactos para destinación residencial; concretamente con los electrodomésticos y en especial con los gasodomésticos . Se trata concretamente de un calentador de agua instantáneo que utiliza para su funcionamiento el gas, el cuál no ve afectado su funcionamiento cuando opera a diferentes altitudes sobre el nivel del mar.

ANTECEDENTES DE LA TÉCNICA Los grandes desarrollos tecnológicos en los temas de combustión del gas se han centrado a lo largo de la historia en los países del primer mundo, con la particularidad que su geografía no contempla grandes asentamientos urbanos en altitudes mayores a 2000 metros sobre el nivel del mar. Toda la normatividad a nivel mundial en temas de manejo y uso de gases combustibles tiene como antecedentes normas americanas y europeas (principalmente francesas) , pero no ha sido una preocupación generalizada el uso de los combustibles gaseosos a grandes altitudes.

En zonas con altitud notable, como lo son muchos países andinos, se ha presentado el problema de atenuar, el efecto de la altitud sobre los calentadores de agua. Sin embargo, las tecnologías presentes en el estado de la técnica presentan grandes problemas de manufactura y no ¦tienen aplicación en los productos que estén dirigidos al usuario final.

En efecto, cuando un equipo térmico funciona a una mayor altitud mayor a la del nivel del mar, se tienen varios efectos negativos, entre los cuales podemos listar: 1. Dificultad de ignición 2. Incrementos de las emisiones contaminantes y tóxicas 3. Disminución de la potencia térmica 4. Problemas de estabilidad de llama Los causales de los inconvenientes listados pueden centrarse en dos cambios representativos que ocurren con el aumento de la altitud: disminución de la cantidad de oxígeno presente en el aire y el cambio en la densidad de los igases por la modificación en la presión atmosférica.

En cambio, cuando un equipo que opera con gases" combustibles funciona a nivel del mar, se tiene una potencia térmica y unas emisiones contaminantes y tóxicas que se consideran como ideales y todos los fabricantes a nivel mundial se comprometen con el funcionamiento de los equipos bajo esta condición de operación, más aún si se tiene en cuenta que las normas aplicables a equipos de uso doméstico que funcionan con gases combustibles, en todos sus formulismos matemáticos, pretenden extrapolar el funcionamiento en cualquier lugar a la condición del nivel del mar.

Los calentadores de agua instantáneos, no escapan a las dificultades descritas que son comunes a todos los gasodomésticos . Utilizan gas combustible como fuente de calor, para que los productos de la combustión circulen por un intercambiador que posee un serpentín en su parte externa donde circula agua a temperatura ambiente de la red hidráulica de la vivienda, agua que posteriormente incrementa su temperatura alrededor de 25 °C (dependiendo del caudal y las condiciones de instalación) , y que tendrá un uso doméstico en duchas, lavado y cocción.

Las normas americanas contemplan el uso de gases combustibles en altitudes mayores a 1000 metros sobre el nivel del mar, realizando una operación conocida como derreteo americano; práctica que consiste en disminuir la potencia térmica de los productos en un valor alrededor del 4% por cada 304 metros sobre el nivel del mar que se encuentre operando el equipo, situación que está en contraposición con el requerimiento de uso, pues en altitudes mayores a las del mar, tenemos temperaturas más bajas y los requerimientos de energía térmica son mayores, con el derreteo americano se obtiene un funcionamiento seguro pero genera problemas de insatisfacción por parte del usuario con la aplicación, al no obtener las temperaturas finales lo satisfagan.

Como se menciona en los párrafos anteriores en el estado de la técnica no existe una solución contundente a los inconvenientes que presentan los gasodomésticos cuando operan a grandes altitudes. Para más claridad, los asiáticos son los países con mayor densidad de fabricación de calentadores de agua instantáneos que operan con gases combustibles; sin embargo en su oferta comercial, restringen países como Perú y Bolivia por los grandes asentamientos urbanos que poseen a altitudes mayores a 3000 metros sobre el nivel del mar y adicionalmente tienen que realizar grandes esfuerzos técnicos para utilizar sus productos en los demás países de la región andina, en todos los casos sacrificando el desempeño funcional (satisfacción del usuario final) para no poner en riesgo la seguridad.

La presente invención contempla el diseño, desarrollo y manufactura de un calentador de agua instantáneo que mitiga los efectos de la altitud garantizando su correcta operación bajo las diferentes condiciones atmosféricas que posee la región andina; adicionalmente, el funcionamiento en altitudes bajas también es el adecuado.

Son varios los aportes al estado de la técnica del calentador de agua instantáneo que atenúa el efecto altitud; en especial, cuando éste se somete a diferentes condiciones atmosféricas, siendo los más representativos: .La aplicación de un sistema de combustión que distribuye los impulsos de gas en la inyección, garantizando un alto arrastre primario de aire, lo cual logra mitigar la disminución de oxigeno que se tiene con el incremento de altitud. 2. La aplicación de un deflector en la cabeza de los quemadores, para mejorar el encendido cruzado del sistema de combustión cuando se tienen bajas temperaturas ambiente.

Sxendo un calentador de tiro natural, contempla desde el diseño el ensamble de un ducto de evacuación que garantiza la correcta evacuación de los humos y la eficiencia en la transferencia de calor del sistema.

La aplicación de un cortatiro de geometría definida que aumenta la permanencia de los humos para mejorar la transferencia de calor y aumentar la eficiencia del sistema. 5. La integración de varios dispositivos de seguridad para garantizar la correcta y segura operación del producto .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS FIGURA 1: Vista isométrica del sistema de combustión.

FIGURA 2: Vista frontal del sistema de combustión.

FIGURA 3: Vista lateral del sistema de combustión.

FIGURA 4: Explosión del Calentador de paso que atenúa el efecto de la altitud.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN El calentador de paso que atenúa el efecto altitud está compuesto por cuatro elementos fundamentales, cuya interacción en la operación garantizan un funcionamiento óptimo en diferentes pisos térmicos, sin afectar el desempeño del producto y velando por la seguridad del usuario. Los cuatro elementos que lo integran son: 1. Un sistema de combustión. 2. Un sistema de transferencia de calor. 3. Una estructura mecánica. 4. Un sistema de control y seguridad de producto. 1. Sistema de combustión El sistema de combustión se compone por cuatro piezas: una base rectangular inferior en aluminio inyectado (FIGURA 1 -A, FIGURA 2 -A) gue incorpora dos secciones, una inferior (FIGURA 1 - C, FIGURA 2 - C) y una superior (FIGURA 1 - B, FIGURA 4 - B) . Cada sección contiene 4 canales (FIGURA 3 - D, FIGURA 4 - D) que se disponen hori zontalmente , divididos en el centro por un canal perpendicular a los anteriores (FIGURA 3 - E, FIGURA 4 - E) . Se generarán asi seis cavidades, separadas en grupos de tres por el canal central (FIGURA 3 - E, FIGURA 4 - E) . Dichos canales permiten la circulación de gas. La base rectangular tiene una longitud variable entre 20 y 25 centímetros y un ancho variable entre 8 y 15 centímetros. La sección inferior (FIGURA 1 - C) tiene en sus perímetros externos y en los perímetros de los canales, un canal ulterior (FIGURA 4 - F) muy delgado, en el cual se dispone la pega resistente al calor mediante la cual se ensamblan ambas secciones a través de un sistema de prensado a presión. La sección superior consiste en una tapa en aluminio troquelado (FIGURA 1 - B y FIGURA 4 - B) con 50 inyectores distribuidos de manera uniforme, de un diámetro inferior al milímetro. En la parte central inferior de la sección inferior, en el canal central ( FIGURA 3 - E, FIGURA 4 - E) se ubica un distribuidor (FIGURA 1 - G, FIGURA 2 - G, FIGURA 3 - G) que conecta la válvula principal del sistema con el inyector. Los elementos de la base rectangular componen lo que se llama sistema de inyección unificado. El sistema propuesto distribuye los impulsos y sólo se ejecuta con una operación de ensamble, mejorando el arrastre de aire y disminuyendo la probabilidad de falla por la disminución de operaciones de ensambles con alto riesgo de problemas de hermeticidad.

La base rectangular inferior se ensambla a cuatro mezcladores fabricados en acero inoxidable (FIGURA 1 - H, FIGURA 2. - H, FIGURA 4 - H) . Dichos mezcladores componen un conjunto de geometría definida, siendo asimilable ésta a dos triángulos opuestos y superpuestos de manera que los vértices se encuentran en el centro (FIGURA 1 - N) y: las bases de los mencionados triángulos forman las extremidades de los mezcladores (FIGURA 1 - P) . El conjunto de los cuatro mezcladores tiene una altura variable entre 8 y 11 centímetros, preferiblemente 8, un ancho variable entre 8 y 15 centímetros y un largo variable entre 20 y 25 centímetros. A partir de la base inferior de cada mezclador, se extienden lateralmente dos superficies planas de forma rectangular (FIGURA 1 - Q, FIGURA 2 - Q, FIGURA 4 - Q):¡ las cuales abrazan cada canal de la base rectangular en ambos lados, enganchándose a la misma a través de dos pestañas, también de forma rectangular (FIGURA 1 - M, FIGURA 2 - M, FIGURA 3 - M) . De esta manera se garantiza un adecuado arrastre de aire con una relación área de puerto / área de cuello superior a los sistemas convencionales. El cuerpo de los mezcladores es realizado en lámina de acero inoxidable, material que conserva sus especificaciones técnicas bajo altas temperaturas de operación sin problemas de corrosión o inestabilidad estructural. Los mezcladores van sellados por los laterales con láminas (FIGURA 1 - I, FIGURA 4 - 1), las cuales permiten mantener la hermeticidad necesaria para asegurar que el gas salga únicamente por las perforaciones de la sección superior de la base rectangular y no se disperse .

En la parte superior de los dos mezcladores externos, extendiéndose a lo largo de su longitud, se ubican dos deflectores en acero inoxidable de manera que el sistema de combustión tendrá un deflector delantero y uno trasero (FIGURA 1 - J, FIGURA 2 - J, FIGURA 3 - J, FIGURA 4 - J) . Dichos deflectores se componen por una pestaña de 7 milímetros, con un ángulo aproximado de 90 grados, la" cual es quebrada en su zona central, generándose un ángulo inferior (FIGURA 1 - K, FIGURA 2 - K, FIGURA 3 - K, FIGURA 4 - K) . La presencia de los deflectores facilita el encendido en frío, evitando que el gas baje hacia los inyectores, El deflector delantero es de menores dimensiones para permitir el ensamble de las bujías.

En efecto, en el mezclador delantero, debajo del deflector sellado al mismo, se ensambla un soporte de bujías (FIGURA 1- L, FIGURA 2 - L, FIGURA 3 - L, FIGURA 4 - L) . Dicho soporte se compone por una forma rectangular, la cual se ensambla al mezclador mediante dos pestañas laterales y que tiene a lo largo, en su borde superior e inferior, una pestaña cortada en cuatro partes. Las cavidades que derivan de estos cortes albergan las bujías (FIGURA 4 - R) , las cuales se aseguran mediante una pieza complementaria del soporte (FIGURA 4 - S) . Este sistema de bujías compone el sensor de llama, el cual, en el momento en que la llama se apaga, apaga el suministro de gas, aumentando la seguridad del equipo. Las bujías se alimentan de baterías.

El sistema de combustión así descrito se sujeta a la carcasa del Calentador de Paso que Atenúa el Efecto Altitud por medio de soportes de sujeción, que se encuentran en la parte posterior del sistema de combustión, a la altura del deflector posterior (FIGURA 1 - 0, FIGURA 2 -0, FIGURA 3 - 0) . Estos soportes de sujeción, además de sujetar el sistema de combustión a la carcasa, tienen una forma que se encaja con las extremidades laterales y superiores de los cuatro mezcladores (FIGURA 1 - T) , sujetándolos pero a la vez asegurando que éstos siempre tengan entre sí una distancia igual y calculada. En efecto, los mezcladores deberán tener entre sí una misma distancia para permitir una combustión uniforme. 2. Sistema de transferencia de calor El sistema de trasferencia de calor se compone básicamente de tres partes fundamentales: un intercambiador de calor, de forma rectangular y hueco en su interior (FIGURA 4 - U) , un cortatiro (FIGURA 4 - V) y ducto de evacuación de humos (FIGURA 4 - W) . Entorno al cuerpo del intercambiador se dispone una serpentina la cual contiene el agua (FIGURA 4 - X) . El intercambiador de calor posee unas dimensiones que garantizan un ensamble adecuado con el cortatiro generando sello para evitar fugas de calor hacia el ambiente. El cortatiro retiene las corrientes calientes de aire para mejorar la trasferencia de calor hacia el agua, evita el ingreso de corrientes externas de aire que puedan afectar el sistema de combustión y distribuye la evacuación de humos calientes hacia el ducto de evacuación de aire, en el cual se canalizan hacia el exterior del sitio de instalación mejorando la calidad del aire al interior del recinto y en general la seguridad del usuario. 3. La estructura mecánica Se compone de dos piezas carcasa frontal (FIGURA 4 - Y) y carcasa posterior (FIGURA 4 - Z) . La carcasa posterior es el soporte para todas las piezas del calentador, sobre ella se ensamblan la gran mayoría de componentes y posteriormente ésta es la que se va a sujetar en la ubicación de uso definitiva. Tiene varios prensados mecánicos para mejorar su rigidez estructural y su contorno delimita la zona de ensamble para la estructura del producto. La carcasa es una sola pieza con varios procesos de manufactura (corte, troquelado, embutido, pintura) que cubre los sistemas estructurales y funcionales del producto.

. El sistema de control y seguridad de producto Lo componen una variedad de sensores . de temperatura y llama que eliminan la posibilidad de operación insegura del producto. El calentador desactiva el paso de gas al quemador principal si sucede alguno de los siguientes fenómenos . 1. Si se genera una obstrucción de la salida de gases calientes por el ducto de evacuación. 2. Si existen corrientes de aire en contraflujo que impidan la normal evacuación de los humos. 3. Si se incrementa la temperatura del agua a niveles que afecten el intercambiador de calor (alrededor de 85°C) . 4. Si no se genera una adecuada ingnición. 5. Si la presión del agua se encuentra en niveles superiores a los establecidos en las especificaciones de producto.

Son más las situaciones que podrían generar el corte de gas, sin embargo se describen las más comunes.

Claims (16)

REIVINDICACIONES

1. Un Calentador de paso que atenúa el efecto de altitud, caracterizado porque comprende: • Un sistema de combustión que distribuye los impulsos de gas en la inyección compuesto por un sistema de inyección unificado en aluminio inyectado, cuatro mezcladores en acero inoxidable, dos deflectores, y un soporte de bujías; • Un sistema de transferencia de calor. • Una estructura mecánica. • Un sistema de control y seguridad de producto, En donde en la parte superior de los dos mezcladores externos se ubican dos deflectores en acero inoxidable que se extienden a lo largo de la longitud de dichos mezcladores de manera que el sistema de combustión cuenta con un deflector delantero y uno posterior.

2. Calentador de paso según la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de inyección unificado del sistema de combustión está compuesto por una -base rectangular inferior en aluminio inyectado integrado por dos piezas, una sección inferior y una sección superior, unidas a presión, que lleva un adhesivo alrededor de la pieza inferior .

3. El calentador de paso según la reivindicación 2, caracterizado porque la base rectangular del sistema de inyección tiene una longitud que varia entre 20 y 25 centímetros y un ancho que varía entre 8 y 15 centímetros.

4. El calentador de paso según la reivindicación 2, caracterizado porque la base rectangular del sistema de inyección comprende: • Una sección inferior de forma rectangular en aluminio inyectado, la cual contiene 4 canales que se disponen horizontalmente, divididos en el centro por un canal perpendicular a los anteriores, generando así seis cavidades; y • Una sección superior de forma rectangular en aluminio troquelado, la cual contiene 4 canales que se disponen horizontalmente, divididos en el centro por un canal perpendicular a los anteriores, generando así seis cavidades.

5. El calentador de paso según la reivindicación 4, caracterizado la sección inferior tiene un canal ulterior y muy delgado en sus perímetros externos y en los perímetros de los canales para alojar la pega de sellado de las dos piezas del sistema de inyección.

6. El calentador de paso según la reivindicación 4, caracterizado porque cuenta con un distribuidor ubicado en la parte central inferior del sistema de inyección unificado, en la sección inferior, en el canal central.

7. El calentador de paso según la reivindicación 4, caracterizado porque cuenta en los canales de la sección superior del sistema de inyección unificado, con 50 inyectores distribuidos de manera uniforme, de un diámetro menor a 1 milímetro.

8. El calentador de paso según la reivindicación 1, caracterizado los cuatro mezcladores son fabricados en acero inoxidable y componen un conjunto de geometría definida similar a dos triángulos opuestos y superpuestos de manera que los vértices se encuentran en el centro y las bases forman las extremidades de los mezcladores, donde los mezcladores se sellan herméticamente por los laterales con láminas de acero inoxidable que copian la misma forma de los quemadores .

9. El calentador de paso según la reivindicación 8, caracterizado porque el conjunto de cuatro mezcladores tiene una altura que varía entre 8 y 11 centímetros,, un ancho que varía entre 8 y 15 centímetros y un largo que varía entre 20 y 25 centímetros.

10. El calentador de paso según la reivindicación 8, caracterizado porque a partir de la base inferior de cada uno de los cuatro mezcladores, se extienden lateralmente dos superficies planas de forma rectángular las cuales se doblan en su extremidad generando una pestaña, también de forma rectangular, para fijarse al sistema de inyección unificado.

11. El calentador de paso según la reivindicación 8, caracterizado porque los cuatro mezcladores son sellados en los lados por tapas en acero inoxidable.

12. El calentador de paso según la reivindicación 1, caracterizado porque los dos deflectores son fabricados en acero inoxidable y se componen por una pestaña de 7mm, con un ángulo aproximado de 90°, la cual es quebrada en su zona central, generándose un ángulo inferior, en donde uno de los deflectores es trasero y el otro es delantero, donde el deflector delantero tiene una pestaña más corta.

13. El calentador de paso según la reivindicación 1, caracterizado porque el soporte de bujías tiene forma rectangular y se ensambla a la parte superior del mezclador delantero, mediante dos pestañas laterales y tiene a lo largo, en su borde superior e inferior, una pestaña cortada en cuatro partes, generando cuatro cavidades que alojan las bujías, sujetadas mediante una pieza complementaria de soporte.

14. El calentador según la reivindicación 8, caracterizado porque los cuatro mezcladores están unidos en sus extremidades inferiores y son sujetados a la estructura mecánica por medio de un soporte de sujeción.

15. El calentador de paso según la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de transferencia de calor está compuesto por: • Un intercambiador de calor; • Un cortatiro; y • Un ducto de evacuación de humos.

16. El calentador de paso según la reivindicación 1, caracterizado porque la estructura mecánica está compuesta por dos piezas troqueladas y pintadas: una carcasa frontal en forma rectangular con volumen y que en su parte posterior aloja una cavidad en forma de semicírculo para permitir el paso del ducto de evacuación y una carcasa posterior, siendo esta última el soporte para todas las piezas del calentador, con piezas receptoras para la mayoría de componentes y que sirve como base para la sujeción definitiva del calentador.