MX2014004317A - Calentador de agua de paso. - Google Patents

Abstract

Un calentador (10) de agua es adecuado para aplicaciones de punto de uso. El calentador de agua incluye un alojamiento (12) de tanque y uno o más elementos (18) calefactores alimentados eléctricamente. Una línea (20) de entrada de agua y una línea (24) de salida de agua pueden moldearse como una estructura unitaria con el alojamiento de tanque. La línea de salida de agua incluye una lumbrera (68) inferior y una lumbrera (70) superior para mezclar el agua en la línea de salida. El alojamiento puede montarse de modo que su eje ya sea vertical u horizontal.

Description

CALENTADOR DE AGUA DE PASO DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a calentadores de agua, y más particularmente a calentadores de agua "de paso" con un elemento calefactor alimentado eléctricamente y un tanque relativamente pequeño básicamente para calentamiento sustancialmente instantáneo del agua.

Varios tipos de calentadores de agua de paso se han concebido a través de los años, incluyendo calentadores de agua con elementos calefactores alimentados eléctricamente en un alojamiento de plástico. Calentadores de agua de paso se han dirigido frecuentemente a punto de uso, es decir, el calentador de agua se ha colocado inmediatamente corriente arriba de un dispositivo de uso de agua caliente tal como un fregadero o una regadera.

Distintos fabricantes de calentadores de paso proporcionan múltiples alojamientos de agua, los cuales se pueden instalarse en paralelo y/o en serie. Otro fabricante emplea un tanque de metal individual para recibir el calentador alimentado eléctricamente. La entrada de agua a uno o más alojamientos y la salida de agua desde uno o más alojamientos típicamente han reducido diámetros de tubo de 0.9525 cm (3/8 de pulgada). Esta tubería restringida en parte tiende a crear una alta velocidad de fluido en partes del tanque para arrastrar burbujas de aire en el fluido que pasa a la salida, intentando asi evitar bolsas de aire no deseadas dentro de la cámara de alojamiento. Por otra parte, entradas y salidas restringidas crean una caída de alta presión, de modo que la unidad puede no ser adecuada para varias aplicaciones. Salidas de agua de muchos calentadores se extienden desde la parte baja del alojamiento de tanque.

Los calentadores de agua de paso de la técnica anterior tienen desventajas en que la orientación de montaje del calentador de agua se limita; la mayoría de los calentadores debe montarse con el eje central de tanque en vertical. Muchos calentadores de agua de paso de la técnica anterior someten al usuario a una condición de ebullición cuando el calor latente después de cerrarlo, crea agua más caliente de lo deseado, que queda en la cámara de alojamiento después de que se apaga el calentador. Después de apagarlo, la temperatura del agua continúa aumentando en el alojamiento debido a los alrededores calientes y el elemento calefactor todavía caliente, y agua caliente sobrecalentada se libera subsecuentemente cuando el mismo usuario u otro abren nuevamente el agua. Otros calentadores de agua de paso contienen muy poca agua, y el segundo usuario del agua no se beneficia de la cantidad almacenada de agua en el calentador después de que el primer usuario termina. Todavía otros calentadores de agua de paso utilizan sensores de control de flujo costosos o no detectan con precisión una condición de "flujo", minimizando de este modo el control efectivo de calor al agua. Algunos calentadores de agua de paso incorporan válvulas mezcladoras para mezclar agua caliente descargada del calentador, creando asi otro gasto al usuario.

Patentes de la técnica anterior incluyen las Patentes de los Estados Unidos 5,216,743, 7,616,873, 5,866,880, 6,080,971, y 6,246,831. Las Patentes de los Estados Unidos 5,216,743, 5,866,880, 6,080,971, 6,246,831, y 7,616,873 describen calentadores de agua de paso con un alojamiento de plástico y controles del calentador mejorados. Las Patentes de los Estados Unidos 6,909,843, 7,567,751 y 7,779.790 describen un calentador de cámara individual con uno o más elementos calefactores en el mismo.

Las desventajas de la técnica anterior se superan por la presente invención, un calentador de agua de paso mejorado se describe en lo sucesivo.

En una modalidad, el calentador de agua incluye un alojamiento de tanque generalmente cilindrico que tiene un diámetro interno y un eje central de tanque. Uno o más elementos calefactores alimentados eléctricamente están colocados dentro de la cámara interior para calentar el agua. Una linea de entrada de agua se extiende desde el exterior del alojamiento de tanque hasta una lumbrera de entrada alargada en el alojamiento de tanque, y una linea de salida de agua se extiende a partir de dos o más lumbreras de salida, con una primera lumbrera de salida en una parte superior del tanque y una segunda lumbrera separado por debajo de la primera lumbrera de salida. Un desviador de flujo dentro de la cámara interior se encuentra en comunicación de fluido con la segunda lumbrera de salida, particularmente cuando el eje del tanque es horizontal. La entrada del desviador de flujo se encuentra debajo de la primera lumbrera de salida, de modo que agua caliente de la segunda lumbrera de salida se mezcla con agua más caliente de la primera lumbrera de salida.

Estas y otras características y ventajas de la presente invención se volverán aparentes a partir de la siguiente descripción detallada, en donde se hace referencia a las figuras en los dibujos anexos BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista isométrica de un calentador de agua de paso.

La Figura 2 es una vista en despiece del calentador mostrado en la Figura 1.

La Figura 3 es una vista lateral del calentador mostrado en la Figura 1 La Figura 4 es una vista en sección transversal del calentador mostrado en la Figura 3.

La Figura 5 es otra vista lateral del calentador mostrado en la Figura 1.

La Figura 6 es otra vista en sección transversal del calentador mostrado en la Figura 5.

La Figura 7 es una vista lateral de un desviador idóneo.

La Figura 8 es una vista en sección transversal del desviador mostrado en la Figura 7.

La Figura 9 es otra vista en sección transversal del desviador mostrado en la Figura 7.

La Figura 10 es una vista isométrica del alojamiento del calentador.

La Figura 11 es una vista superior del calentador mostrado en la Figura 1.

La Figura 12 es una vista inferior del calentador mostrado en la Figura 1.

La Figura 13 es una vista isométrica del desviador mostrado en la Figura 7.

La Figura 14 es una vista ampliada de la parte superior del alojamiento mostrado en la Figura 6.

Una modalidad del calentador 10 de agua de paso como se muestra en la Figura 1 incluye un alojamiento 12 de tanque generalmente cilindrico que tiene una cámara interna en el mismo y un eje 16 central del tanque. Como se describe subsecuentemente, se proporcionan uno o más elementos calefactores alimentados eléctricamente dentro de la cámara interna para calentar el agua. La linea 24 de entrada de agua se extiende desde el exterior del alojamiento 12 del tanque a una lumbrera de entrada en el alojamiento de tanque, mientras que una linea 20 de salida de agua se extiende a partir de dos lumbreras de salida separadas en el alojamiento de tanque. Varias salientes 53 de montaje para el tablero de circuito impreso se pueden proporcionar en el exterior del alojamiento de tanque para montaje de circuitos eléctricos y otros componentes, tal como un controlador 46 eléctrico. Las salientes 55 de montaje de la cubierta se extienden radialmente hacia fuera de la parte más baja del alojamiento 12 y, de preferencia, son unitarias con el alojamiento, como se muestra en la Figura 4. El tablero 54 de montaje también se muestra soportado sobre salientes 55 de montaje de la cubierta. La tapa 26 base se muestra en el extremo inferior del calentador en la Figura 1.

Ahora, con referencia a la Figura 2, una tapa 26 base tiene roscas internas para acoplarse con las roscas 28 externas en el alojamiento de tanque, con un anillo 30 tórico de sellado entre la tapa 26 y el alojamiento 12. Un desviador 60 se encuentra colocado dentro de la cámara interna en el alojamiento de tanque y se discute adicionalmente más adelante.

El calentador incluye uno o más elementos 18 calefactores alimentados eléctricamente para calentar el agua dentro de la cámara 14 interna (véase Figura 4) en el alojamiento 12. La cámara 14 es de preferencia generalmente cilindrica, con un eje de la cámara alineado con el eje 16 central del tanque, como se muestra en la Figura 1. Se proporciona energía eléctrica al elemento 18 calefactor como se muestra en la Figura 2 a través de terminales sobre la cabeza 19 del elemento calefactor. El elemento calefactor puede soportarse por una tapa anular o empaquetadura 34, que puede roscarse a la parte superior del alojamiento de tanque. Otros componentes del calentador de agua como se muestran en la Figura 2 incluyen termistor 37 de entrada y termistor 36 de salida, enchufe 38 del disipador de calor, tiristor 40 bidireccional, bloque 33 de terminal conectado a una o más salientes, interruptor 44 de límite de alta temperatura, tarjeta 46 lógica PCB, y relé 48. Un tornillo 50 de detección de nivel de agua puede utilizarse para detectar el nivel del fluido (presencia o ausencia de fluido en ese nivel) cerca a la parte superior de la cámara. Las señales de este sensor son entrada al controlador para el propósito de detectar y verificar niveles de fluido. El fluido fluye más allá del disipador de calor para enfriar los interruptores de control que son activados cuando se requiere calor. Se pueden proporcionar sellos adecuados para componentes de sellado con la pared lateral del alojamiento.

La Figura 3 es una vista lateral del ensamble mostrado en la Figura 2. Las Figuras 3 y 4 ilustran la tapa 26 base, que tiene una superficie 27 más baja (véase la Figura 4) apreciable por debajo de la parte inferior del alojamiento 12, permitiendo asi al elemento 18 calefactor, si se desea, extenderse por debajo del alojamiento 12 y dentro de la cavidad que se extiende axialmente más baja proporcionada en la tapa 27 base. Una tapa base estándar con una superficie inferior sustancialmente al nivel de un extremo inferior del alojamiento, por lo tanto puede utilizarse si el elemento 18 calefactor es más corto de como se muestra en la Figura 4, y una tapa 26 con una cavidad más profunda puede utilizarse para recibir un elemento calefactor más largo del que se muestra en la Figura 4, mientras se mantiene continuamente la estructura global del alojamiento 12 y componentes unidos a la misma. La Figura 3 ilustra que el manguito 21 roscado de entrada hasta la linea 24 y el manguito 25 roscado de salida desde la linea 20 cada uno se encuentra a un nivel sustancialmente por encima del extremo superior del alojamiento 12 cuando se monta con su eje vertical, reduciendo asi la probabilidad de una fuga de conexión en comparación, por ejemplo, con una linea de flujo la cual se conecta de manera roscada directamente al alojamiento 12. Cada una de la linea 24 de entrada de fluido y la linea 20 de salida de fluido tiene un diámetro interior de preferencia mayor de 1.5240 centímetros (0.6 pulgadas). Las líneas 20 y 24 tienen una entrada y salida respectiva separada al menos 50% del diámetro de la cámara 14 interna de cualquier parte del alojamiento de tanque. El alojamiento cilindrico del tanque tiene una cámara interior de diámetro mayor a 5.0800 centímetros (2.0 pulgadas). La Figura 4 también representa el tiristor 40 bidireccional mostrado en la Figura 2, y el termistor 36 y la línea 20 de entrada.

La Figura 4 describe la línea 20 de entrada de fluido que tiene una ranura 58 alargada de distribución de fluido que proporciona comunicación entre la línea de entrada y el interior de la cámara. Deseablemente, el agua entrante se introduce a la cámara interior a lo largo de una trayectoria axial de la ranura 58 de distribución de fluido que está en exceso de 40% de la longitud axial de la cámara interior, contribuyendo así tanto a la buena mezcla del agua de entrada y cualquier agua ya calentada en la cámara, y calentamiento uniforme a lo largo del eje del elemento calefactor al cual se dirige el fluido. La ranura 58 alargada de distribución de fluido permite al agua de entrada dispersarse de manera uniforme por encima de la parte superior del calentador y será precalentada rápidamente por el agua previamente calentada por el último usuario y retenida en la parte superior de la cámara, utilizando así ésta agua caliente (punto de agua caliente) no sólo para precalentar el agua de entrada, sino también para enfriar el punto de agua caliente para ayudar a evitar que el agua hierva. La ranura 58 de distribución de fluido distribuye agua tanto a la parte superior y a la parte inferior de la cámara 14 interna. La ranura 58 alargada de distribución de fluido distribuye de preferencia también agua a lo largo de una mayoría de la longitud axial del elemento calefactor para mejor distribución de transferencia de calor al fluido dentro de la cámara.

La Figura 5 muestra el mismo calentador con línea 24 de entrada de fluido y línea 20 de salida de fluido cada una integral con el alojamiento 12. La Figura 6 es una sección transversal a través de la línea de salida de fluido y la cámara 14 interna dentro del alojamiento 12 del calentador, e ilustra el desviador 60. El desviador 60 desvía y controla el porcentaje de fluido enfriador que se introduce de la salida inferior y así la parte inferior de la cámara con el fluido más caliente de la salida superior y por lo tanto la parte superior de la cámara, de tal manera que el agua de salida resultante no excederá la temperatura de ebullición mínima. El desviador 60 controla la entrada de fluido a un extremo inferior de la línea 20 de salida. La abertura 70 superior, como se muestra en la Figura 14, extrae fluido más caliente de la parte superior de la cámara para pasar directamente a la línea 20 de salida para mezclarse con el fluido enfriador extraído de la parte inferior de la cámara.

El orificio 90 de ventilación ventila gas/aire no condensable de la cámara 14 interna a la linea 20 de salida. Sólo un orifico de ventilación pequeño que tenga un diámetro ejemplar de 0.47625 centímetros (3/16 de pulgada) o menos se requiere para ventilar de forma confiable gas/aire no combustible de la cámara a la descarga o línea 20 de salida. Cambiar el tamaño de la abertura 70 de salida superior controla la relación de la mezcla de agua caliente del desviador con agua más caliente de la abertura 70. Una abertura 70 más pequeña proporciona así un mayor grado de protección contra ebullición. El tamaño de la abertura 70 puede así depender de la aplicación y la necesidad de minimizar la ebullición para esa aplicación.

La Figura 7 es una vista lateral de un desviador 60 idóneo, que sirve como una salida de fluido y controla el volumen de agua de la abertura de salida inferior y así la parte inferior de la línea de salida. El desviador así desvía y controla el volumen de agua más fría introducida de la parte inferior de la cámara a través del desviador 60, que tiene un cuerpo 71 de sección transversal vertical como se muestra en la Figura 9 y una sección 62 transversal horizontal, como se muestra en la Figura 8. La sección transversal horizontal del desviador incluye la lumbrera 65 de entrada que lleva fluido a una trayectoria 63 de flujo curvada, que conecta la salida del desviador con la cámara 66, que a su vez está en comunicación de fluido con la abertura 68 de salida inferior (véase la Figura 6) en el alojamiento y por lo tanto en el interior de la linea 20 de salida. El desviador 60 por lo tanto se sienta contra la pared lateral interior curvada del alojamiento, y desvia el fluido de ya sea encima y/o debajo del desviador y adyacente a la pared lateral interior del alojamiento a la linea 20 de salida, con la abertura 68 de salida inferior estando en una parte inferior de la cámara cuando el eje 16 del alojamiento está vertical. Cuando el eje del alojamiento es horizontal, que es una técnica de montaje alternativa, el desviador 60 como se muestra en las Figuras 7-9 toma el agua de una parte inferior o sección media de la cámara (que es inherentemente más fría que el agua en la parte más superior de la cámara) , y desvía de manera similar esa agua a través del canal 63 a la línea 20 de salida. Ya que el agua caliente en una cámara se eleva y el agua fría desciende, los "puntos calientes" de agua a temperatura elevada del elemento calefactor caliente (incluso cuando está apagado) suben a la parte superior de la cámara. Una vista ilustrada del desviador 60 se muestra en la Figura 13.

Como se discutió brevemente en lo anterior, el calentador puede estar montado verticalmente, de modo que el eje 16 del alojamiento central sea sustancialmente vertical, o puede estar montado horizontalmente, de modo que el eje 16 del alojamiento central sea sustancialmente horizontal. Para la aplicación del montaje vertical, el agua pasa de la linea de entrada a través de la ranura 58 de distribución de fluido, que es de preferencia una ranura sustancialmente vertical, y por lo tanto introduzca agua fría a lo largo de una longitud sustancial de la cámara interior en el alojamiento y se dirija a través de una porción sustancial de la longitud del elemento calefactor. La abertura 68 de salida inferior, como se muestra en la Figura 6, está en una parte inferior del alojamiento, y por lo tanto extrae agua de la parte inferior de la cámara. El agua que pasa de la cámara a través de la abertura 68 de salida inferior es por lo tanto típicamente más fría, y puede ser apreciablemente más fría, que el agua en la parte superior de la cámara debido a la convección y la estratificación del agua más caliente. Esto es particularmente cierto a la puesta en marcha del calentador después de un uso previo. El agua de la abertura 68 de salida inferior de este modo se mezcla en la línea 20 de salida con agua más caliente de la abertura 70 de salida superior, y esta mezcla reduce deseablemente la ebullición, en particular bajo circunstancias en las que el agua está pasando a través del calentador cuando el usuario cierra el agua. La Salida 70 superior normalmente tiene un área en sección transversal más pequeña que la salida 68 inferior. Debido al calor latente en el elemento calefactor, la ebullición es particularmente problemática en el uso de un calentador de agua de paso debido a los elementos relativamente de alto voltaje en comparación con el volumen bajo del fluido total en el calentador, que tiene una tendencia a aumentar la temperatura en una parte superior de la cámara (ya sea vertical u horizontalmente montado) por encima del punto de ajuste deseado, mientras que el agua en una parte inferior del calentador está bajando en temperatura a medida que la temperatura se estratifica en la cámara. La mayoría de los calentadores de agua extraen agua de la parte más caliente de la cámara, y cuando el mismo u otro usuario abren el agua, el usuario puede quemarse. Al retirar por lo menos una parte del agua del extremo inferior de la cámara sustancialmente reduce la posibilidad de quemarse. Colocar el orificio 70 superior dentro del 20% de la parte más elevada de la cámara, y colocar el orificio 68 inferior dentro del 20% de la parte más baja de la cámara mejora la reproducibilidad de agua a una temperatura deseada que sale de la unidad, en comparación, por ejemplo, al orificio 70 que está arriba, pero separado a 5.0800 cms (2 pulgadas) del orificio 68.

Para una aplicación de montaje horizontal, el agua en la línea de entrada pasa a través de la ranura 58 de distribución de fluido, que en este caso es una ranura sustancialmente horizontal, para ingresar agua a lo largo de una longitud horizontal sustancial de la cámara y elemento calefactor en el alojamiento. La abertura 68 de salida inferior como se muestra en la Figura 6 no se encuentra en una parte inferior del alojamiento, pero el desviador 60 cuando se utiliza con la aplicación horizontal de montaje asegura que el agua se extraiga de la parte inferior de la cámara horizontal, ya que en la aplicación de montaje horizontal, la entrada al desviador se encuentra por debajo del orificio 68, y por lo tanto recibe agua más fría que el agua en la parte superior de la cámara. Así, el agua en una parte inferior de la cámara se extrae y se mezcla con agua de la parte superior de la cámara, como con la aplicación de montaje vertical. El agua de la parte superior de la cámara puede pasar a través de la abertura 70 de salida superior a la línea de salida, y se mezcla con el agua más fría de la parte inferior de la cámara para evitar la ebullición de nuevo. Aunque sólo se muestran aberturas 70 y 68 de salida, una o más lumbreras de salida adicionales podrían proporcionarse entre la cámara 14 y la línea 20.

Para la aplicación de montaje horizontal, la entrada 58 de fluido a la cámara y la abertura 70 de salida superior de la cámara se encuentran de preferencia sustancialmente a la misma elevación, de modo que en la puesta en marcha de la unidad, el agua fría entrante de la entrada 58 de fluido se mezcla con el agua caliente de la abertura 70 de salida superior adyacente para minimizar la ebullición. Cada una de la ranura 58 de distribución de fluido y la abertura 70 de salida de agua superior se proporcionan de preferencia dentro de al menos el tercio superior de la cámara montada horizontalmente, mientras que la abertura 68 de salida inferior se encuentra en la parte inferior de la cámara. De preferencia, la ranura 58 de distribución de fluido y la abertura 70 de salida superior se encuentran sustancialmente a la misma elevación, y en la mayoría de las aplicaciones la diferencia en sus elevaciones variará por menos de 1.2700 cm (1/2 pulgada). Cada una de la línea 24 de entrada y la línea 20 de salida están separadas de preferencia en un cuadrante de 90° en el extremo superior del alojamiento cilindrico montado horizontalmente. El control efectivo de la temperatura del agua descargada de la unidad por lo tanto se mejora al mezclar agua caliente en la parte superior de la cámara con agua fría de la parte inferior de la cámara.

El tamaño del flujo a través de la abertura en el desviador 60 y el tamaño de la abertura 70 de salida superior pueden seleccionarse para maximizar el rendimiento del calentador para cada aplicación. Por ejemplo, el tiempo para alcanzar el punto de ajuste vs el potencial de ebullición puede equilibrarse para la aplicación. El calentador le permite fácilmente lograr este equilibrio sin un dispositivo de mezcla secundario. Una vez que el calentador ha sido utilizado, existe almacenamiento de agua precalentada que permite al segundo usuario extraer instantáneamente agua caliente dentro de un periodo de una hora o más. El orificio 90 de ventilación como se muestra en la Figura 14 funciona como un orificio de ventilación para ventilar gas de la cámara a la linea 20 de salida cuando el eje del tanque central es vertical u horizontal. El orifico 90 de ventilación por lo tanto se coloca deseablemente de modo que cuando se monte vertical u horizontalmente, el orificio se encuentre en la parte más elevada de la cámara. Cuando el calentador se monta horizontalmente, la primera abertura 70 es colocada circunferencialmente de modo que extrae agua de la parte superior de la cámara y ventila gas de la parte superior de la cámara, mientras que el deflector 60 extrae agua de una parte inferior de la cámara. Cuando se monta horizontalmente, la linea 24 de entrada y la linea 20 de salida se encuentran de preferencia dentro de un plano horizontal (los ejes de las dos lineas están en un plano horizontal individual) , que permite la mezcla del agua entrante y la salida de agua a través de la abertura 70 de salida superior. Las lineas 20 y 24 también se encuentran de preferencia separadas circunferencialmente dentro de un cuadrante del alojamiento del tanque de modo que ambas lineas están en comunicación con una parte superior 19 de la cámara, ya sean montadas vertical u horizontalmente .

La Figura 10 es una vista ilustrada del alojamiento 12 asi como los componentes que son parte integral con y homogéneos con el alojamiento 12, incluyendo la linea 24 de entrada, la linea 20 de salida, y salientes 55 de montaje (véase la Figura 1) para soportar la placa 54 de montaje de pared. Al proporcionar lineas de entrada y salida que son integrales con el alojamiento, el número de trayectorias de fuga a y del calentador se reducen significativamente, y como se ha señalado previamente la interconexión de una linea de flujo a cada una de las lineas de entrada y salida, deseablemente se puede hacer en una ubicación separada del alojamiento 12. El alojamiento 12 integral, la linea 24 de entrada, y la linea 20 de salida también proporcionan resistencia y una probabilidad significativamente reducida de agrietamiento o de otra manera dañar los componentes durante la instalación o reparación del calentador, ya que la integridad estructural del alojamiento combinado y las lineas de flujo reducen sustancialmente la probabilidad de romper una de las lineas o su conexión al alojamiento.

La Figura 11 es una vista superior del calentador como se muestra en la Figura 1, con la tapa anular del elemento calefactor o empaquetadura 34 colocada dentro del interior de la tapa 34 anular. La Figura 12 es una vista inferior del mismo calentador, que muestra la tapa 26 base y varios componentes eléctricos soportados en el alojamiento 12.

La Figura 14 es una ampliación de la parte superior del alojamiento mostrada en la Figura 6, e ilustra la abertura 70 de salida superior entre la cámara 14 interna y la linea 20 de salida de agua. La abertura 70 de salida superior se proporciona en una parte más elevada de la cámara para liberar gases en la parte superior de la cámara, y también para el paso de fluido caliente de la parte superior de la cámara a la linea 20 de salida para mezclarse con el fluido del orificio inferior en la linea de salida que recibe fluido del desviador 60. Una cantidad pequeña de fluido de la linea 24 de entrada fluye a través de la ranura 58 de distribución de fluido y directamente a la parte superior de la cámara para mezclarse con otro fluido en la parte superior de la cámara y de ese modo evitar el sobrecalentamiento del fluido en la cámara mientras que el agua fluye a través del calentador. El orificio 90 de ventilación como se muestra en la Figura 14 puede ser opcionalmente provisto entre la parte superior de la cámara para ventilar el gas a la linea 20 de salida de agua.

La Figura 14 también ilustra la conexión roscada entre la tapa 34 anular del elemento y el alojamiento 12. Apretar el elemento de la tapa 34 anular de este modo presiona hacia abajo en la pestaña 19 de la cabeza, comprimiendo asi el elemento 80 de sello. Al proporcionar el elemento 80 de sello hermético al fluido entre la cámara 14 y la tapa 34 anular del elemento, roscas 82 entre la tapa y el alojamiento se protegen del acoplamiento con el fluido en la cámara y por lo tanto del ataque químico de fluido caliente en las roscas, contribuyendo asi a un sellado confiable que no se obtiene si las roscas de la tapa y las roscas del alojamiento están expuestas al fluido caliente.

Una característica de la invención es la técnica por la cual el controlador determina que existe una condición de "flujo", es decir, el fluido pasa a través del alojamiento, cuya determinación afecta la operatividad del caleritador. Más particularmente, los calentadores de la técnica anterior determinaron un flujo contra una condición de no flujo basado en detectores costosos que responden directamente al flujo de agua, o basado en sensores de temperatura solos que, en uso no proporcionan de manera confiable una indicación de flujo. De acuerdo con la presente invención, se realiza una determinación de flujo por el controlador basada en una señal de temperatura de entrada del sensor 85 (mostrada en la Figura 6) y una señal de temperatura de salida del sensor 87. Más particularmente, el controlador 48 determina una condición de flujo con base en un valor absoluto del cambio en el valor absoluto de la temperatura detectada corriente de arriba de la lumbrera de entrada, es decir, por el termistor 37 (véase la Figura 2) , y el cambio en el valor absoluto de la temperatura detectada por el termistor 36 corriente abajo de la abertura 70 de salida superior. Se ha descubierto que la suma del valor absoluto del cambio de temperatura combinada de estos dos sensores proporciona una determinación exacta y sustancialmente inmediata de una condición de flujo, que puede utilizarse de forma confiable por el controlador, por ejemplo, el controlador 48, para controlar la energía en los elementos calefactores. Bajo condiciones normales "sin flujo", el cambio en temperatura del sensor de temperatura de entrada y el sensor de temperatura de salida será menor que una temperatura de referencia seleccionada, de modo que el calentador se mantiene en la condición "en espera". Cuando inicia el flujo de fluido, el controlador 48 determina el flujo, típicamente dentro de unos pocos segundos, por ejemplo, menos de dos segundos, basado en el valor absoluto del cambio en la temperatura de entrada más el cambio en el valor absoluto de la temperatura de salida, con la suma comparada con una temperatura de referencia delta. Por lo tanto el flujo puede determinarse sin ningún medio de detección de flujo mecánico y sin suministrar algún calentamiento en espera a la cámara para mantener la diferencia de temperatura entre la temperatura de entrada y la temperatura de salida.

El presente calentador puede utilizarse para aplicaciones de punto de uso, lo que significa que el calentador se instala estrechamente adyacente, por ejemplo, dentro de 3.0480 m (10 pies), del uso. Para una aplicación de laboratorio público, el calentador puede proporcionarse directamente debajo de cada fregadero, o un calentador puede suministrar agua caliente a dos o más fregaderos. Para estas aplicaciones, el tamaño de la cámara que retiene agua es importante, y para ese tamaño de cámara hay un rango de energía preferido para el elemento calefactor. Más particularmente, se ha determinado que un calentador de agua "de paso" o instantáneo tiene de preferencia una cámara de alojamiento interna de 0.59147 litros (20 onzas) a 2.3659 litros (80 onzas), con uno o más calentadores alimentados eléctricamente en la cámara que tiene energía combinada de 2 kilovatios a 10 kilovatios. El calentador también puede utilizarse para aplicaciones de "calor y refuerzo", donde el calentador como se describe en la presente se proporciona con un fluido precalentado y "refuerzos" la temperatura del fluido para un uso específico. El calentador también puede utilizarse para una aplicación de calentamiento independiente o "para toda la casa".

Mientras el calentador como se describe en la presente es particularmente bien adaptado para el calentamiento de agua, el calentador puede utilizarse para calentar otros líquidos, tales como soluciones de limpieza. Mientras que el calentador está particularmente bien adaptado para calentar liquido con uno o más elementos calefactores alimentados eléctricamente, varios conceptos de la invención, incluyendo el uso de orificios separados que se combinan en la salida del fluido para mezclar fluido más frió con fluido, puede utilizarse para una aplicación de calentador de gas instantáneo.

Aunque modalidades especificas de la invención se han descrito en la presente con cierto detalle, esto se ha hecho únicamente con la finalidad de explicar los diversos aspectos de la invención, y no se pretende limitar el alcance de la invención como se define en las reivindicaciones que siguen. Aquellos experimentados en la técnica entenderán que la modalidad mostrada y descrita es ejemplar, y varias otras sustituciones, alteraciones y modificaciones, incluyen pero no se limitan a aquellas alternativas de diseño discutidas específicamente en la presente, pueden hacerse en la práctica de la invención sin apartarse de su alcance.

Claims (38)

REIVINDICACIONES

1. Un calentador de agua, caracterizado porque comprende : un alojamiento de tanque que tiene una cámara interna y un eje central de tanque; uno o más elementos calefactores alimentados eléctricamente para calentar agua dentro de la cámara interna; una linea de entrada de agua que se extiende desde el exterior del alojamiento de tanque a través de una lumbrera de entrada en una parte superior del alojamiento de tanque; y una linea de salida de agua que se extiende a partir de dos o más lumbreras de salida del alojamiento de tanque, una primera lumbrera de salida que se encuentra en la parte superior del alojamiento de tanque, y una segunda lumbrera de salida que se encuentra separada por debajo de la primera lumbrera de salida.

2. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el eje central de tanque se encuentra sustancialmente vertical, y la segunda lumbrera de salida se encuentra en una parte inferior del alojamiento de tanque.

3. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el eje central de tanque se encuentra sustancialmente horizontal, la lumbrera de entrada y la primera lumbrera de salida se encuentran cada una en la parte superior del tanque, y un desviador desvia fluido de una parte inferior de la cámara interna a la segunda lumbrera de salida.

4. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende: Uno o más elementos calefactores alimentados eléctricamente que acoplan un extremo del alojamiento de tanque; y una tapa asegurada de manera removible al alojamiento de tanque para acceder a la cámara interna en una ubicación axialmente opuesta al acoplamiento de uno o más elementos calefactores alimentados eléctricamente y el extremo del alojamiento de tanque, la tapa que tiene una cavidad que se extiende axialmente en la misma para recibir un extremo no soportado de uno o más elementos calefactores alimentados eléctricamente.

5. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende: un controlador para controlar la energía en uno o más elementos calefactores, el controlador que responde a una condición de "flujo" basado en un valor absoluto del cambio en temperatura detectada corriente arriba de la lumbrera de entrada y el valor absoluto del cambio en la temperatura detectada corriente abajo de la primera lumbrera de salida.

6. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende: un sensor de temperatura de entrada para detectar la temperatura del agua en la linea de entrada de agua; un sensor de temperatura de salida para detectar la temperatura del agua en la linea de salida de agua; y un controlador que responde al sensor de temperatura de entrada y al sensor de temperatura de salida para controlar la energía a uno o más elementos calefactores alimentados eléctricamente.

7. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque una capacidad eléctrica de uno o más calentadores alimentados eléctricamente en kilovatios es de 2 kW a 10 kW, y el volumen de la cámara interna que contiene el calentador es de 0.59147 litros (20 onzas) a 2.3659 litros (80 onzas).

8. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque una parte de la línea de salida de agua comparte una pared común con el alojamiento de tanque; y un orificio de ventilación en el aire de ventilación del alojamiento de la cámara a la línea de salida de agua cuando el eje del tanque se encuentra sustancialmente vertical, y ventilando aire de la cámara a la línea de salida de agua cuando el eje del tanque se encuentra sustancialmente horizontal .

9. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque una parte de la linea de entrada de agua comparte una pared común con el alojamiento de tanque.

10. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque cada una de la linea de entrada de agua y la linea de salida de agua son integrales con el alojamiento de tanque, y se encuentran circunferencialmente separadas dentro de un cuadrante del alojamiento de tanque.

11. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el alojamiento de tanque, la linea de entrada de agua, y la línea de salida de agua se encuentran moldeados como una estructura unitaria y monolítica.

12. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende: un desviador dentro de la cámara interior en comunicación de fluido con la segunda lumbrera de salida, el desviador se extiende sustancialmente hacia adentro de la segunda lumbrera de salida hacia la cámara interna, y que tiene una abertura de entrada para recibir agua caliente desde una parte inferior de la cámara interna.

13. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque una entrada a la linea de entrada de agua y una salida de la linea de salida de agua están cada una separadas al menos 50% de un diámetro de la cámara cilindrica de cualquier parte del alojamiento de tanque.

14. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque un diámetro interior de cada una de la linea de entrada de agua y de la linea de salida de agua es mayor de 1.5240 centímetros (0.6 pulgadas), y el diámetro interior del alojamiento de tanque es mayor de 5.0800 centímetros (2.0 pulgadas).

15. Un calentador de agua, caracterizado porque comprende : un alojamiento de tanque que tiene una cámara interna y un eje central de tanque; uno o más elementos calefactores alimentados eléctricamente para calentar agua dentro de la cámara interior; una línea de entrada de agua que se extiende desde el exterior del alojamiento de tanque hasta una lumbrera de entrada en un lado del alojamiento de tanque; una línea de salida de agua que se extiende desde una lumbrera de salida en un lado del alojamiento de tanque hasta el exterior del alojamiento de tanque; y cada una de la línea de entrada de agua y la línea de salida de agua son integrales con el alojamiento de tanque, y se encuentran circunferencialmente separadas dentro de un cuadrante del alojamiento de tanque.

16. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque comprende: un desviador dentro de la cámara interna en comunicación de fluido con la segunda lumbrera de salida, el desviador se extiende sustancialmente hacia adentro de la segunda lumbrera de salida hacia la cámara interior, y que tiene una abertura de entrada para recibir agua caliente de una primera parte inferior de la cámara, y de una segunda parte de la cámara general y axialmente centrada cuando el eje del tanque se encuentra sustancialmente horizontal.

17. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el alojamiento de tanque, la linea de entrada de agua, y la linea de salida de agua se encuentran moldeados como una estructura unitaria y monolítica .

18. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque uno o más elementos calefactores alimentados eléctricamente acoplan un extremo del alojamiento de tanque; y una tapa asegurada de manera removible al alojamiento de tanque para acceder a la cámara interna en una ubicación axialmente opuesta al acoplamiento de uno o más elementos calefactores alimentados eléctricamente y el alojamiento de tanque, la tapa asegurada de manera removible al alojamiento de tanque para acceder a la cámara interna en una ubicación axialmente opuesta al acoplamiento de uno o más elementos calefactores alimentados eléctricamente y el extremo del alojamiento de tanque, la tapa que tiene una cavidad que se extiende axialmente en la misma para recibir un extremo no soportado de uno o más elementos calefactores alimentados eléctricamente.

19. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque un diámetro interior de cada una de la linea de entrada de agua y la linea de salida de agua es mayor de 1.5240 centímetros (0.6 pulgadas), y el diámetro interior del alojamiento de tanque es mayor de 5.0800 centímetros (2.0 pulgadas).

20. Un método de calentamiento, caracterizado porque comprende: proporcionar un alojamiento de tanque que tiene una cámara interna y un eje central de tanque; proporcionar una línea de entrada de agua que se extiende desde exterior del alojamiento de tanque hasta una lumbrera de entrada en un lado del alojamiento de tanque; proporcionar una línea de salida de agua que se extiende desde el alojamiento de tanque hasta el exterior del alojamiento de tanque, la línea de salida de agua que tiene dos o más lumbreras en el tanque, una primera lumbrera de salida que se encuentra en la parte superior del tanque, y una segunda lumbrera de salida que se encuentra sustancialmente separada por debajo de la primera lumbrera de salida; y proporcionar uno o más elementos calefactores eléctricos para calentar agua dentro de la cámara interior.

21. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque comprende: proporcionar un desviador dentro de la cámara interior en comunicación de fluido con la lumbrera de salida, el desviador se extiende sustancialmente hacia adentro de la lumbrera de salida hacia la cámara interior, y que tiene una abertura de entrada para recibir agua caliente de una primera parte inferior de la cámara cuando el eje del tanque se encuentra sustancialmente vertical, y de una segunda parte de la cámara general y axialmente centrada.

22. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque comprende: proporcionar una capacidad eléctrica de uno o más calentadores alimentados eléctricamente en kW es de 2 k a 10 kW, y el volumen de la cámara interna que contiene el calentador es de 0.59147 litros (20 onzas) a 2.3659 litros (80 onzas) .

23. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque comprende: detectar la temperatura del agua en la linea de entrada de agua; detectar la temperatura del agua en la linea de salida de agua; y proporcionar un controlador que responde a la temperatura de entrada detectada y la temperatura de salida detectada para controlar la energía en uno o más elementos calefactores alimentados.

24. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque una parte de la línea de salida de agua comparte una pared común con el alojamiento de tanque; y ventilar aire de la cámara a través de una lumbrera de ventilación a la línea de salida de agua cuando el eje del tanque se encuentra sustancialmente vertical, y ventilar aire de la cámara a través de la lumbrera de ventilación a la línea de salida externa cuando el eje del tanque se encuentra sustancialmente horizontal.

25. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque cada una de la línea de entrada de agua y la línea de salida de agua son integrales con el alojamiento de tanque, y se encuentran circunferencialmente separadas dentro de un cuadrante del alojamiento de tanque.

26. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque comprende: formar el alojamiento de tanque, la linea de entrada de agua, la linea de salida de agua como una estructura unitaria y monolítica.

27. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque un diámetro interior de cada una de la línea de entrada de agua y la línea de salida de agua es mayor de 1.5240 centímetros (0.6 pulgadas), y el diámetro interior del alojamiento de tanque es mayor de 5.0800 centímetros (2.0 pulgadas).

28. Un calentador de agua, caracterizado porque comprende : un alojamiento de tanque que tiene una cámara interna y un eje central de tanque; uno o más elementos calefactores alimentados eléctricamente para calentar agua dentro de la cámara interna; una línea de entrada de agua que se extiende desde el exterior del alojamiento de tanque hasta una lumbrera de entrada; una línea de salida de agua que se extiende desde una lumbrera de salida en el tanque; y un controlador para controlar la energía en uno o más elementos calefactores, el controlador que responde a una condición de "flujo" basado en un valor absoluto del cambio en la temperatura detectada corriente arriba de la lumbrera de entrada y el valor absoluto del cambio en la temperatura detectada corriente abajo de la primera lumbrera de salida.

29. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque una parte de la linea de entrada de agua comparte una pared común con el alojamiento de tanque.

30. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque cada una de la linea de entrada de agua y la linea de salida de agua son integrales con el alojamiento de tanque, y se encuentran circunferencialmente separadas dentro de un cuadrante del alojamiento de tanque.

31. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque uno o más elementos calefactores alimentados eléctricamente se acoplan a un extremo del alojamiento de tanque; y una tapa asegurada de manera removible al alojamiento de tanque para acceder a la cámara interna en una ubicación axialmente opuesta al acoplamiento de uno o más elementos calefactores alimentados eléctricamente y el extremo del alojamiento de tanque.

32. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado además porque comprende: un desviador dentro de la cámara interior en comunicación de fluido con la segunda lumbrera de salida, el desviador se extiende sustancialmente hacia adentro de la segunda lumbrera de salida hacia la cámara interna, y que tiene una abertura de entrada para recibir agua caliente desde una parte central de la cámara interna.

33. Un calentador de agua, caracterizado porque comprende: un alojamiento de tanque generalmente cilindrico que tiene una cámara interna y un eje central de tanque; uno o más elementos calefactores alimentados eléctricamente para calentar agua dentro de la cámara interna y que acopla un extremo del alojamiento de tanque; una linea de entrada de agua que se extiende desde el exterior del alojamiento de tanque a través de una lumbrera de entrada en una parte superior del alojamiento de tanque; una linea de salida de agua que se extiende desde una lumbrera de salida separada axialmente del alojamiento de tanque; un anillo de sello para sellar entre uno o más elementos calefactores y el alojamiento de tanque; y una empaquetadura roscada al alojamiento de tanque para forzar a uno o más elementos calefactores en el acoplamiento de sellado con el sello, aislando asi las roscas del alojamiento/empaquetadura de agua en la cámara interna.

34. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado además porque comprende: una tapa asegurada de manera removible al alojamiento de tanque para acceder a la cámara interna en una ubicación axialmente opuesta al acoplamiento de uno o más elementos calefactores alimentados eléctricamente y el extremo del alojamiento de tanque.

35. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado además porque comprende: un sensor de temperatura de entrada para detectar la temperatura del agua en la linea de entrada de agua; un sensor de temperatura de salida para detectar la temperatura del agua en la linea de salida de agua; y un controlador que responde al sensor de temperatura de entrada y el sensor de temperatura de salida para controlar la energía en uno o más elementos calefactores alimentados eléctricamente.

36. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado además porque comprende: un controlador para controlar la energía en uno o más elementos calefactores, el controlador que responde a una condición de "flujo" basado en un valor absoluto del cambio en temperatura detectado corriente arriba de la lumbrera de entrada y el valor absoluto del cambio en la temperatura detectado corriente abajo de la primera lumbrera de salida.

37. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado porque cada una de la linea de entrada de agua y la linea de salida de agua son integrales con el alojamiento de tanque, y se encuentran circunferencialmente separados con un cuadrante del alojamiento de tanque.

38. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado porque el alojamiento de tanque, la linea de entrada de agua, y la linea de salida de agua se encuentran moldeados como una estructura unitaria y monolítica.