WO2014096932A1

WO2014096932A1 - Aparato para eficientar y economizar energía y agua para usuarios de agua caliente

Info

Publication number: WO2014096932A1
Application number: PCT/IB2013/002796
Authority: WO
Inventors: Juan Alberto de Jesús OROZCO-PÉREZ
Original assignee: Orozco-Pérez Juan Alberto De Jes S
Priority date: 2012-12-18
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2014-06-26
Also published as: US20150316287A1; MX342690B; US10006663B2; MX2012015010A; MX2013014851A

Abstract

Este invento se refiere a un sistema para eficientar y economizar energía y agua, caracterizado porque comprende: (a) un tanque de almacenamiento, el cual tiene una pluralidad de cámaras conectadas en serie, teniendo cada una de ellas una entrada/salida inferior contigua a la cámara adyacente, el tanque teniendo además una entrada para el suministro de agua fria y una salida para proporcionar agua a una temperatura determinada a un servicio; (b) una válvula dispuesta en cada una de las líneas de suministro de agua fría y caliente; (c) un termómetro algebraico, el cual detecta la temperatura del agua a lo largo de la primera cámara y envía una señal eléctrica a un controlador; y (d) un controla- dor, que incluye un dosificador, así como una entrada de una señal eléctrica procedente del termómetro y una salida de una señal eléctrica que se envía a las válvulas de agua caliente y fría.

Description

"APARATO PARA EFICIENTAR Y ECONOMIZAR ENERGIA Y AGUA PARA

USUARIOS PE AGUA CALIENTE"

ANTECEDENTES.

1. Campo de la invención.

La presente invención se relaciona con los aparatos para eficientar y economizar energía y agua. Más particularmente, a un aparato para eficientar y economizar energía y agua, para usuarios de agua caliente.

2. Antecedentes generales de la invención.

Los aparatos para eficientar el consumo de agua caliente han sido imple- mentados de diversas maneras a lo largo de la historia.

El uso tradicional de calentadores de combustión para la calefacción de agua de uso doméstico, industrial y comercial, así como de los modernos calentadores de agua solares y eléctricos son utilizados de manera cotidiana. Sin embargo, su utilización no ha satisfecho a la creciente conciencia social en materia ecológica, ya que su uso se limita al simple calentamiento del agua sin atender la cada vez creciente necesidad social de economizar energía y agua.

Dentro del uso cotidiano de agua caliente requerida en uso doméstico, industrial y comercial, por ejemplo en baños, cocinas, etc. se ha hecho costumbre abrir la llave o válvula y dejar correr el agua fría o tibia contenida dentro de la línea de suministro hasta obtener agua a una alta temperatura, la cual es entonces mezclada con agua fría para finalmente obtener la temperatura deseada. Toda esa agua contenida dentro de la línea de suministro antes de que alcance la temperatura deseada por el usuario, es desperdiciada en la mayoría de los casos, y solo en ocasiones aisladas es recolectada en cubetas para posteriormente ser utilizada para fines alternos como en servicios sanitarios, de jardín o para lavar patios y pisos. El agua que se desperdicia al esperar el calentamiento de la línea de agua caliente tiene un volumen que depende de las dimensiones de la línea de suministro. Sin embargo, el agua desperdiciada por dicho concepto se calcula en al menos entre 20 y 30 litros. Por otra parte, algunas estimaciones revelan que un baño en ducha consume entre 60 y 150 litros de agua, La mayor parte del desperdicio radica en el hecho de mantener abierto el suministro por ejemplo durante las etapas de enjabonamiento. Generalmente se piensa que cuando las llaves se cierran, es difícil volver a alcanzar la temperatura deseada. Por otra parte, un baño puede realizarse con menos de 20 litros.

Por otro lado, es común en las casas habitación que cuando alguien se está bañando y otro usuario abre una llave de la red, la temperatura del agua del servicio varía considerablemente llegando a ser molesto. Por ejemplo, al tirar del inodoro, disminuye el flujo de agua fría en la red y por tanto se incrementa drásticamente la temperatura del agua del sujeto que se ducha.

Además, mientras el agua caliente contenida en el calentador que va saliendo hacia el servicio, ésta es sustituida por agua fría. Lo anterior conlleva a que la temperatura baje significativamente dentro del calentador, lo que implica la necesidad de disponer de energía para recuperar la temperatura.

Se han realizado diversos estudios tendientes a /educir los grandes consumos de energía y agua, sin que se hayan obtenido resultados favorables, algunas referencias útiles para comparar la presente invención con el estado de la técnica incluyen las siguientes patentes. La patente China CN201680592, describe un dispositivo de precalentamiento del agua de un calentador de gas, en donde el dispositivo del calentador de agua de gas utiliza la alta temperatura de la combustión para precalentar el agua del grifo, de modo que reduce el consumo de agua

En resumen, el uso tradicional de calentadores de combustión para la calefacción de agua de uso doméstico, industrial y comercial, aún aquellos denominados de paso, así como el uso de los modernos calentadores de agua solares resultan insuficientes para lograr eficientar y economizar el consumo de energía y agua, ya que su capacidad de almacenamiento se restringe a la capacidad de su tanque interno Dicho problema técnico no ha podido ser resuelto por el arte previo. Por lo tanto, la invención descrita en este documento propone un aparato para eficientar y economizar energía y agua que comprende un recipiente de almacenamiento de manufactura optimizada, resultando en un aparato resistente, de bajo costo y fácil producción.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN.

Un primer objetivo de la presente invención consiste en proporcionar un aparato para eficientar y economizar energía y agua.

Un segundo objetivo de la invención consiste en proporcionar un aparato para eficientar y economizar energía y agua con un bajo costo por su fácil manufactura, número reducido de piezas y de fácil instalación.

Aún otro objetivo de la presente invención consiste en proporcionar un aparato para eficientar y economizar energía y agua ligero, compacto y resistente.

Otro objetivo más de la presente invención consiste en emplear un aparato para eficientar y economizar energía y agua en aparatos existentes de alimentación de agua caliente.

Otro objetivo de la presente invención consiste en proporcionar un aparato para eficientar y economizar energía y agua de sencilla operación.

Otro objetivo de la presente invención consiste en proporcionar un recipiente mezclador del aparato para eficientar y economizar energía y agua de diferentes dimensiones apropiadas para los requerimientos de cada usuario.

Otro objetivo de la presente invención consiste en proporcionar un recipien- te mezclador del aparato para eficientar y economizar energía y agua en donde se utilicen varias cámaras de almacenamiento, conectados en serie para aumentar la capacidad de almacenamiento del agua precalentada la cual requerirá un mínimo volumen de agua caliente para alcanzar la temperatura deseada.

Todavía otro objeto de la invención consiste en proporcionar un proceso de fabricación para un aparato para eficientar y economizar energía y agua. Los anteriores objetivos se alcanzan por medio de proporcionar un aparato para eficientar y economizar energía y agua caracterizado porque comprende: (a) un recipiente mezclador, que en su parte posterior tiene una entrada de agua fría, una entrada de agua caliente y una salida de agua a temperatura deseada, que tiene un espacio interior que define un pasaje de agua, conteniendo preferente- mente tres cámaras para contener agua a distinta temperatura dispuestas una encima de la otra, que incorporan tubos de ventilación y sensores de nivel de agua, en donde cada cámara se separa de la otra adyacente por medio de separadores de cámaras que tienen una pendiente determinada y están conectadas para permitir el paso del agua entre ellas por medio de ductos de intercone- xión; que consiste de una base y una cubierta superior, unidas por cualquier medio conocido, que se acoplan para formar una sola pieza aislada térmicamente; (b) un sensor térmico algebraico que genera la señal de temperatura promedio a lo largo de la primera cámara y la envía al tablero de control, en donde el sensor térmico algebraico se encuentra contenido dentro de la primera cámara junto con un tubo dispersor que suministra el agua fría y caliente proveniente del módulo de válvulas eléctricas de entrada; (c) una entrada de agua al aparato; y (d) un tablero de control, que consiste de un selector de temperatura, un botón de arranque y un juego de luminarias indicadoras, que regula el funcionamiento del aparato a través de la codificación de las señales emitidas por los sensores, por medio de un circuito electrónico.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS. La Figura 1 muestra una vista transversal con los componentes generales de un aparato para eficientar y economizar energía y agua de la presente invención con aplicación a una regadera para ducha.

La Figura 2 muestra una vista inferior derecha isométrica del recipiente mezclador del aparato para eficientar y economizar energía y agua de la presente invención.

La Figura 3 muestra una vista posterior isométrica del recipiente mezclador del aparato para eficientar y economizar energía y agua de la presente invención.

La Figura 4 muestra una vista del sensor térmico algebraico del aparato para eficientar y economizar energía y agua de la presente invención.

La Figura 5 muestra una vista frontal isométrica del tablero de control del aparato para eficientar y economizar energía y agua de la presente invención.

La Figura 6 muestra la gráfica de operación del modulador de tiempo del dosificador del aparato para eficientar y economizar energía y agua de la presente invención.

La Figura 7 muestra la gráfica de operación del dosificador del aparato para eficientar y economizar energía y agua de la presente invención, mostrando la relación de tiempo de encendido y apagado requeridos para la operación adecuada.

La Figura 8 muestra la gráfica de operación de los controles del módulo de válvulas de entrada de agua caliente y agua fría del dosificador del aparato para eficientar y economizar energía y agua de la presente invención.

La Figura 9 muestra el diagrama a bloques de los módulos dentro del tablero de control para operar el aparato para eficientar y economizar energía y agua. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN.

Como una solución a la necesidad de eficientar y economizar energía y agua, la presente invención se refiere a un aparato para eficientar y economizar energía y agua, optimizado, de simple manufactura y bajo costo. Este aparato comprende (a) un recipiente mezclador (1) integral, substancialmente rectangular, formado preferentemente por un cuerpo metálico (1A), con tapa superior desmontable (1 B) y que se une con el cuerpo 1A para formar una sola pieza. El cuerpo (1A) se fabrica, por ejemplo por medio de troquelado, moldeado ó soldado para obtener una pluralidad de cámaras, que en la figura 1 se ilustran como las cámaras (3, 4, y 5), las cuales están dispuestas en forma superpuestas y separadas por respectivos separadores de cámaras (6 y 7), dispuestos con una pendiente determinada preferentemente del 10% o superior, para el flujo directo de agua y transferencia de calor, que se unen por medio de ductos de interconexión (12 y 13) dispuestos en la parte inferior de cada uno de los separadores de cámaras (6 y 7).

Conforme a la presente invención por agua fría se entiende agua igual o inferior a la temperatura ambiente. En tanto que el término "agua caliente" denota agua que tiene una temperatura superior a 30°C.

Además, el aparato de la invención incorpora una entrada de agua fresca caliente y una entrada de agua fresca fría al aparato compuesto de: una entrada de agua fría (23), una entrada de agua caliente (22), un módulo de válvulas eléctricas (16), por ejemplo válvulas solenoides, que integra una vía de acceso de agua y bobinas de activación de válvulas (17 y 18), un tubo de entrada principal de agua (21) compuesto de una primera sección que permanece externa (21 A) y una segunda sección que se introduce al interior del recipiente mezclador (21 B); y un tubo dispersor (14) el cual integra boquillas de salida de agua estableciendo un flujo circulante a una primera cámara de almacenamiento (3). Dicha cámara cuenta además con un tubo de ventilación de cámara (8) y un termómetro ó sensor térmico algebraico (2). El recipiente mezclador se completa con una segunda y tercera cámaras de almacenamiento (4 y 5) que se están dispuestas encima de la primera cámara en forma superpuesta y separadas por separadores de cámaras (6 y 7) en donde la primer cámara se une a la segunda cámara por un primer ducto de interconexión (6) y a su vez la segunda cámara se une con la tercera cámara por medio de un segundo ducto de interconexión (7), el recipiente mezclador en su exterior puede o no incorporar un aislante de cualquier material para evitar pérdidas térmicas. En una realización preferida de la invención, el recipiente mezclador (1) cuenta con un recubrimiento aislante de fibra de vidrio para aumentar la eficiencia del sistema de calefacción en su conjunto.

El aparato se completa con un tablero de control (27) del que se prefiere un control por medio de un circuito electrónico del tipo de control dosificador que opera por pulsos, en donde dicho control se compone de un interruptor general de encendido (29), una entrada de alimentación eléctrica (31), unas lámparas indicadoras (28-A a 28-J), un selector de temperatura (30), un indicador dinámico de temperatura (28), indicador de tanque lleno (32), indicador de falta de agua caliente (33), indicador de falta de agua fría (34), indicador de tanque vacío (35), comparador analógico de temperaturas (no se ilustra), un modulador del tiempo del dosificador (no se ilustra), un generador de pulso del reloj PR (no se ilustra), un dosificador (no se ilustra) unos cables de salida de señal para los electro niveles (26), líneas de control del sensor térmico algebraico (25), y lineas para la excitación de las bobinas (17 y 18) del módulo de válvulas eléctricas (16).

El aparato se compone además de una línea de desfogue (11) la cual se conecta a un tanque de recuperación (no se ilustra) por medio de la salida (24) del aparato.

El agua a temperatura deseada es suministrada por medio del tubo de salida de agua del aparato (19A) hacia la válvula de salida (19), la cual está conectada a una extensión de tubo de salida (19B) para terminar en la entrada al servicio requerido, el cual se representa como una regadera (20) para ducha. RECIPIENTE MEZCLADOR.

La Figura 1 se ilustra los componentes generales del aparato para eficien- tar y economizar energía y agua. El aparato de la invención incorpora un recipiente mezclador (1) integral, substancialmente rectangular, formado preferentemente por un cuerpo metálico (1A), con tapa superior desmontable (1B) y que se unen para formar una sola pieza. El cuerpo (1A) se troquela o moldea y sóida para obtener una cavidad que contiene cámaras de las que se prefiere tres cámaras (3, 4, y 5), dispuestas en forma superpuestas y separadas por separadores de cámaras (6 y 7), dispuestos con una pendiente determinada preferentemente del 10% de variación o superior, para el flujo directo de agua y transferencia de calor, que se unen por medio de ductos de interconexión (12 y 13) dispuestos en la parte inferior de cada cámara (4 y 5). Además, el aparato de la invención incorpora una entrada de agua al aparato compuesto de: una entrada de agua fría (23), una entrada de agua caliente (22), un modulo de válvulas eléctricas (16) que integra una vía de acceso de agua y bobinas de activación de válvulas (17 y 18), un tubo de entrada principal de agua (21) compuesto de una primera sección que permanece externa (21A) y una segunda sección que se introduce al interior del recipiente mezclador (21 B); y un tubo dispersor (14) el cual integra boquillas de salida de agua dispuestos a determinada distancia, estableciendo un flujo circulante a una primera cámara de almacenamiento (3). Dicha cámara cuenta además con un tubo de ventilación de cámara (8) y un sensor térmico algebraico (2)·

El recipiente mezclador se completa con una segunda y tercera cámaras de almacenamiento (4 y 5) que se están dispuestas encima de la primera cámara en forma superpuesta y separadas por separadores de cámaras (6 y 7) en donde la primer cámara se une a la segunda cámara por un primer ducto de interconexión (6) y a su vez la segunda cámara se une con la tercera cámara por medio de un segundo ducto de interconexión (7), el recipiente mezclador en su exterior puede o no incorporar un aislante de fibra de vidrio o de cualquier otro material para evitar pérdidas térmicas. En una realización preferida de la invención, el recipiente mezclador (1) cuenta con un recubrimiento aislante de fibra de vidrio para aumentar la eficiencia del sistema de calefacción en su conjunto.

El principio de operación del aparato se basa en el efecto térmico del agua, el cual se refiere al movimiento de un líquido producido por la convección térmica. Cuando un líquido se calienta sufre una expansión y disminuye su densidad por lo que tiende a subir como resultado del empuje hidrostático permaneciendo el agua caliente en la parte superior de la primera cámara (3) y enviando a la segunda cámara (4) el agua a temperatura más baja. En virtud de la disposición de los ductos de interconexión (12 y 13 el fenómeno convectivo es posible hacer que el agua más fría suba desde la primera cámara (3) a la segunda cámara (4) por un primer ducto de interconexión (12) y a su vez de la segunda cámara (4) hacia la tercera cámara (5) por medio de un segundo ducto de interconexión (13); para mejor ilustración, la figura 10 muestra líneas onduladas de diferente longitud de onda con la que se pretende representar que la cámara 3 tiene líquido con mayor energía (temperatura) y las cámaras 4 y 5 tienen agua con todavía menos energía (temperatura) mientras que simultáneamente se suministra agua fresca caliente y/o fría por el modulo de válvulas (16). El aparato opera de la siguiente manera:

A.- El agua caliente proveniente del calentador, entra por la entrada de agua caliente (22) una vez abierta la válvula eléctrica para agua caliente, operada por la bobina (17), esta agua pasa a través del tubo de conexión entre el módulo de válvulas (16) y el tubo dispersor (14), para suministrar agua caliente al recipiente mezclador (3). Por su parte a requerimiento del control (27), el agua fría (a temperatura ambiente) proveniente de la red hidráulica, entra por la entrada de agua fría (23) una vez abierta la válvula eléctrica para agua fría (18), la cantidad de agua fría y caliente a suministrarse es dosificada por el tablero de control, para cubrir el requerimiento de temperatura deseada por el usuario; el aparato dispondrá en primera instancia del agua precalentada contenida en las cámaras (4, y 5) del recipiente mezclador, antes de admitir nueva agua proveniente de las entradas de agua fría y caliente. De esta manera, toda el agua que normalmente se desperdicia en los sistemas de la técnica previa, se utiliza como fuente de agua para el servicio deseado, ilustrado como una ducha.

B.- El agua contenida en la primera cámara (3) sube a la segunda cámara (4) por efecto de la presión de agua de entrada, a través de un primer ducto de interconexión (12), y ya que la posición de dicho ducto se localiza en la parte inferior de la cámara (3), la circulación de agua será de aquella con temperatura más baja; a su vez de la segunda cámara (4) el mismo efecto se repetirá hacia la tercera cámara (5) por medio de un segundo ducto de interconexión (13), en donde las cámaras dispuestas en el interior del recipiente mezclador, conservarán agua a diferente temperatura, en donde el recipiente mezclador se encuentra debidamente aislado térmicamente para evitar pérdidas caloríficas;

C- Posteriormente el agua dentro del recipiente mezclador (1) es distribuida por el efecto térmico acumulándose el agua más caliente en la parte superior de la primera cámara (3), y el agua con menor grado de temperatura se acumula en la segunda cámara (4), para finalmente el agua a más baja temperatura con respecto al agua contenida en las dos cámaras anteriores se acumulará en la tercera cámara (5);

D.- Cuando el usuario requiere de agua caliente, selecciona la temperatura deseada del conjunto seleccionado que va de los 25°C a los 50°C por medio del selector de temperatura (30), y oprime el interruptor de encendido (29) contenido en el tablero de control (27), con esta acción, el sensor térmico algebraico (2) y los sensores de nivel (15) emiten una señal que permite conocer la temperatura y operabilidad del aparato a lo largo de la cámara 3, por medio del indicador dinámico de temperatura que se compone de un conjunto de diez lámparas en donde las primeras dos lámparas de color azul (28-1 a 28-2) indican que la temperatura del agua se encuentra abajo del límite seleccionado, las siguientes dos lámparas de color azul y verde (28-3 a 28-4) indica que la temperatura del agua ya se encuentra en el límite inferior de la temperatura deseada, las siguientes dos lámparas verdes (28-5 a 28-6) indican que la temperatura del agua se encuentra en el rango central a la temperatura deseada, las siguientes dos lámparas verde y roja (28-7 a 28-8) indican que la temperatura del agua se encuentra en el máximo del rango deseado, y las últimas dos lámparas de color rojo (28-9 a 28-10) indican que el agua se encuentra por encima de la temperatura deseada, lo que se traduce en que cuando el indicador dinámico de temperatura muestra al menos una lámpara verde encendida, la temperatura del agua ya se encuentra dentro del rango deseado.

Por otra parte el tablero de control dispone de una lámpara de color rojo

(32) que indica que el tanque está lleno de agua, de otra lámpara de color rojo

(33) indica que le falta agua caliente al aparato ( esto sucede cuando el calentador no envía agua caliente y la primera cámara ya se encuentra llena de agua), de otra lámpara de color rojo (34) que indica que le falta agua fría al aparato en la primera cámara (3), y de una última lámpara de color rojo (35) que indica que las cámaras del aparato se encuentran vacías.

Cabe señalar que la temperatura en la cámara 3 no es completamente uniforme, lo anterior derivado de que al lado derecho de la cámara se inyecta agua fresca caliente o agua fresca fría, mientras que por el ducto de interconexión (12) se suministra agua a una temperatura determinada. El termómetro algebraico entonces detecta la temperatura en diferentes puntos y obtiene un promedio ó promedio ponderado para establecer la temperatura en el centro de la cámara 3 en la salida 17A al servicio deseado.

. Cuando la temperatura del agua contenida en la primera cámara esta fuera de rango de la temperatura deseada, el tablero de control ordena la apertura de la válvula eléctrica para agua fría (18) o para agua caliente (17) según corresponda y permita la entrada controlada de agua necesaria para obtener la temperatura deseada; E.- El usuario abre la válvula de salida (19) de la regadera o grifo (20) dispuesta en la parte inferior del recipiente mezclador (1) permitiendo que se establezca un flujo circulante de agua por efecto de gravedad. La circulación de agua caliente desde la primera cámara (3) se mezcla con el agua contenida en la segunda cámara (4) y con el agua de hasta la tercera cámara (5) en caso necesario, siendo reabastecida por el agua admitida por el módulo de válvulas eléctricas de entrada de agua (16) de acuerdo con las señales que emite el sensor térmico algebraico al tablero de control (27).

De esta manera, sólo se reabastecerá el agua contenida dentro de la primera cámara de almacenamiento, lo que reduce considerablemente el uso de agua caliente proveniente del calentador.

La presente invención es por tanto mucho menos compleja de ensamblar y por lo tanto más económica.

La presente invención presenta un método de fabricación del recipiente mezclador usando tan sólo dos láminas metálicas, unidas por soldadura eléctrica, unión con brida o unión a presión, lo que resulta en un aparato de una sola pieza de fácil y rápida manufactura además de económico, ligero y resistente, el cual puede o no ser recubierto en su exterior por aislante térmico del que se prefiere fibra de vidrio. En virtud de que la presente invención utiliza el simple troquelado de lámina como método de fabricación, es costeable tanto a niveles de producción moderados como altos, además de que el uso de sólo dos componentes para formar el colector lo hace sumamente económico y ligero.

Cuando inicia el proceso de mezclado de agua, el agua de la tubería inunda la primera cámara 3 y comienza a fluir a la segunda cámara 4, a medida que aumenta el flujo de agua caliente, el agua fría pasa a la tercera cámara 5. La disposición de las cámaras de agua de la presente invención permite poder utilizar los gradientes de temperatura óptimamente.

ENTRADA DE AGUA

La Figura 2 ilustra el aparato en donde se aprecia el recipiente mezclador (1) el modulo de válvulas de entrada de agua (16), tubo de salida de agua (19A), la válvula de salida (19) y la extensión de tubo de salida de agua (19B), hacia la regadera (20), en donde la salida cuenta con un tubo de ventilación (20A) de la regadera (20), el cual permite que el agua fluya por gravedad.

SALIDA DE AGUA.

La Figura 3 ilustra una vista posterior del aparato, en donde se aprecia el modulo de válvulas de entrada de agua (16), tubo de salida de agua (19A), la válvula de salida (19) y la extensión de tubo de salida de agua (19B), hacia la regadera (20), en donde la salida cuenta con un tubo de ventilación (20A) de la regadera (20). La caída de agua al servicio es por gravedad preferentemente.

SENSOR TERMICO ALGEBRAICO La Figura 4 ilustra una vista isométrica del sensor térmico algebraico (2) y sus componentes, el sensor térmico algebraico consiste de entre 5-15 semiconductores conectados en serie, en la representación de la figura 4 se ¡lustra una serie de cinco semiconductores entre conectados en serie el cual funciona bajo el principio de conductividad de los semiconductores, la cual se ve afectada en gran forma por la temperatura a que se encuentra expuesto, su método de fabricación requiere que el lote de semiconductores sean seccionados para que su impedan- cia en conducción a 40°C se mantenga en un rango menor de un 0.5% de variación lo cual permite que cada uno de ellos dispuestos a lo largo del instrumento, contribuya con el valor de la impedancia total del circuito serie, lo que da por resultado una suma algebraica de impedancias.

TABLERO DE CONTROL. La Figura 5 ilustra un tablero de control (27) del que se prefiere un consolador que regula el funcionamiento del aparato a través de la codificación de las señales emitidas por los sensores, por medio de un circuito electrónico, en donde dicho controlador se compone de un interruptor general de encendido (29), una entrada de alimentación eléctrica (31), un indicador dinámico de temperatura (28), un selector de temperatura 30), un comparador analógico de temperaturas (ilustrado en la Figura 6), un modulador del tiempo del dosificador (ilustrado en la Figura 6), un generador de pulso del reloj PR (ilustrado en la Figura 6), un dosificador (ilustrado en la Figura 6) y unos cables de entrada de señal del sensor térmico algebraico (25), y la señal de los sensores de nivel (26), y cables de salida al módulo de válvulas (16) para excitar las bobinas de las válvulas (17 y 18).

La Figura 6 ilustra el diagrama a bloques del tablero de control (27) que opera el aparato. La señal del sensor térmico algebraico (25), las señales de los sensores de nivel de agua (26) y la entrada de alimentación eléctrica (31) entran al tablero de control (27) y salen las señales de control que activan las bobinas (17 y 18) del módulo de válvulas de entrada (16).

La señal que proporciona el sensor térmico algebraico (25) se conecta al medidor de temperatura promedio (36), la salida de esta se compara con la señal del selector de temperatura deseada (30) en el comparador analógico de temperaturas (37) y a su vez envía el resultado de la comparación al modulador del tiempo del dosificador (38)y al selector de válvula a operar (39); el modulador de tiempo del dosificador (38) utilizando la señal del generador de pulso del reloj PR (40) y la señal del comparador analógico de temperaturas (37) determinan la duración del pulso en el dosificador (41). Por su parte el dosificador (41) genera un pulso sincronizado del generador de pulso (40) y del valor solicitado por el modulador de tiempo del dosificador (38). En este punto, esta información es enviada al selector de válvulas a operar (39) el cual utilizando la información del comparador analógico de temperaturas (37) manda activar las bobinas de agua caliente (17) y fría (18), a través de los controles de agua fría y caliente (42 y 43) respectivamente. Estos controles incluyen un circuito de encendido que utilice el concepto de cruce por cero positivo y un circuito de apagado después del pulso negativo, para garantizar la vida de las válvulas (ver Figura 8).

El indicador dinámico de temperatura (28) es controlado por el módulo de control dinámico (45) el cual recibe la información del comparador analógico de temperaturas (37), y por último la señal de los sensores de nivel (26) entra al codificador de la posición del nivel del agua (46) que ordena el arranque o paro forzado del sistema en caso necesario para que opere el aparato.

La Figura 7 ilustra la gráfica de operación del modulador de tiempo del dosificador (41) del aparato de la presente invención, en función con la diferencia de temperaturas entre la deseada y la existente en la primera cámara (3).

Conforme a la presente invención este circuito dependiendo de qué tan fuera se encuentra la temperatura de la primera cámara (3) del rango establecido de la temperatura deseada, define la duración del pulso de encendido que debe tener la válvula correspondiente para aproximarse al valor de temperatura deseada lo más rápida posible.

Como se aprecia en la figura 7, si la temperatura de la cámara 3 se encuentra por debajo de la temperatura deseada del rango establecido, por ejemplo 40°C, se acciona la válvula de agua caliente durante un tiempo aproxi- mado de 0.4 segundos (según la gráfica). Por otro lado, si en un momento determinado, la temperatura de la primer cámara (3) se encontrara, por ejemplo en 48°C el tiempo de apertura de la válvula de agua fría sería de aproximadamente 0.8 segundos según se aprecia en la figura.

La Figura 8 ilustra la gráfica de operación del dosificador (41) relacionado el tiempo de encendido y apagado requerido sincronizado con el pulso de reloj generado por el generador de pulsos (40).

Como se aprecia en la Figura 8 el pulso de reloj o pulso de referencia, se sincroniza cada vez que se requiere la operación del módulo de válvula con el pulso de encendido. Simultáneamente se activa la válvula correspondiente y se cerrará la válvula luego que transcurra el tiempo definido de actividad. Si no se ha alcanzado la temperatura adecuada, en el siguiente pulso de reloj o referencia, vuelve a encenderse (abrirse) la válvula con la duración requerida que proporciona el modulador. Como se puede observar en la figura 8, en un inicio, cuando la temperatura está muy alejada de la temperatura deseada, al ritmo de la duración del pulso de reloj o referencia se abrirá la válvula correspondiente, por ejemplo, primero en 1.5 segundos, después de unos instantes en 1 segundo, luego 0.7 segundos, luego 0.5 segundos y finalmente se detiene la apertura de la válvula, todo lo anterior se puede definir como un proceso de aproximaciones sucesivas con diferentes volúmenes de agua en cada caso para alcanzar la temperatura deseada. Cada tiempo de apertura de la válvula proporciona un volumen diferente.

La Figura 9 ilustra la gráfica de los controles (42 y 43) que utilizan un circuito de encendido que utilice el concepto de cruce por cero positivo y un circuito de apagado después del pulso negativo, para garantizar la vida del módulo de válvulas de entrada. Lo anterior significa que la operación de las bobinas de las válvulas siempre va a operar con ciclos completos de la tensión de entrada; lográndose con ello que nunca presenten impedancias inadecuadas al momento de conectarse. Lo que sucedería si encendiera en el positivo y se apagara otra vez en el negativo y al llegar el nuevo pulso encontraría una impedancia demasiado baja en el núcleo de la bobina, lo que la dañaría.

El aparato se compone de las siguientes partes:

1. Recipiente mezclador de almacenamiento,

2. Sensor térmico algebraico,

3. Primera cámara,

4. Segunda cámara,

5. Tercera cámara, 6. Primer separador de cámaras,

7. Segundo separador de cámaras,

8. Tubo de ventilación de la primera cámara,

9. Tubo de ventilación de la segunda cámara,

10. Tubo de ventilación de la tercera cámara,

11. Tubo de desahogo de cámaras,

12. Primer ducto de interconexión,

13. Segundo ducto de interconexión,

14. Tubo dispersor con boquillas,

15. Sensores de nivel,

16. Módulo de válvulas de entrada de agua,

17. Bobina de la válvula eléctrica para agua caliente,

18. Bobina de la válvula eléctrica para agua fría,

19. Válvula de salida de agua del aparato,

19A Tubo de salida de agua caliente entre aparato y válvula de salida,

19B Tubo de salida de agua caliente entre válvula de salida y regadera

20. Regadera o grifo,

21. Tubo de alimentación principal,

21A Sección de tubo principal conectado al tubo dispersor,

21 B Sección de tubo principal conectado al modulo de válvulas,

22. Entrada de agua caliente,

23. Entrada de agua fría,

24. Salida de agua sobrante al tanque de recuperación

25. Líneas de control del sensor térmico algebraico,

26. Líneas de control de los sensores de nivel de agua,

27. Tablero de control,

28. Indicador dinámico de temperatura,

29. Interruptor de encendido,

30. Lector de temperatura deseada,

31. Entrada de alimentación eléctrica, 32. Indicador de recipiente mezclador lleno,

33. Indicador de falta de agua caliente,

34. Indicador de falta de agua fría,

35. Indicador de recipiente mezclador vacio,

36. Medidor de temperatura promedio,

37. Comparador analógico de temperaturas,

38. Modulador de tiempo del dosificador,'

39. Selector de válvula o válvulas a operar,

40. Generador de pulsos de reloj PR,

41. Dosificador,

42. Control de bobina de válvula de agua fría,

43. Control de bobina de válvula de agua caliente,

44. Fuente de alimentación de energía,

45. Control del indicador dinámico de temperatura,

46. Codificador de la posición del nivel del agua,

47. Tubo de ventilación de regadera, y

48. Soportes de anclaje.

EJEMPLOS

Ejemplo 1. Elaboración del aparato para eficientar y economizar energía y agua. Para la realización de la invención se siguió el siguiente método:

1. - Se cortaron hojas de lámina, calibre 22, hasta obtener un recipiente de forma sustancialmente rectangular para formar el cuerpo, dejando un su exterior una cavidad para contener el modulo de válvulas de entrada. De la misma forma se fabricó una tapa del mismo material, y se aislan con fibra de vidrio en su parte exterior en forma independiente;

2. - Se realizaron perforaciones en la parte posterior del recipiente y se colocó el modulo de válvulas, también se barreno la parte inferior y se colocó el tubo de salida de agua;

3. - Se colocó el tubo dispersor y se conecto al tubo principal de entrada de agua;

4. - Se instaló el sensor térmico algebraico sujetándolo con cinchos de plástico al tubo dispersor;

5. - Se instala el primer separador de cámaras el cual ya contiene una perforación que aloja el ducto de interconexión, y otra perforación que contiene el tubo de ventilación, y se sella con silicón de alta temperatura;

6. - Se coloca el segundo separador de cámaras el cual cuenta con tres orificios, el primero que aloja el ducto de interconexión, y otro que permite el paso del tubo de ventilación de la primera cámara y un tercero que contiene el tubo de ventilación de la segunda cámara, y se sella con silicón de alta temperatura;

7. - Se instala el tubo de desahogo de cámaras, el cual se conecta con un recipiente de recuperación de agua; 8.- Se instala la tapa del recipiente mezclador, la cual contiene una perforación para contener tres orificios, el primero que permite el paso del tubo de ventilación de la primera cámara, el segundo que permite el paso del tubo de la segunda cámara, y un tercero que contiene el tubo de ventilación de la tercera cámara, y se instalan los sensores de nivel de agua dentro del tubo de ventilación de la primera cámara; se cablean los sensores de nivel de agua y el sensor térmico algebraico, teniendo como salida del recipiente mezclador por el tubo de ventilación de la primera cámara;

9.- Se instala el recipiente en la pared del baño, por medio de los soportes de anclaje y se conectan las entradas de agua caliente y fría de la red local; 10.- Se guían los cables de los sensores de nivel de agua y el sensor térmico algebraico al tablero de control por medio de una canaleta plástica y se conectan; y

11.- Se fija a la pared del baño el tablero de control y se conecta a la red eléctrica local cubriendo el cableado con canaleta plástica.

Ejemplo 2. Mantenimiento.

El mantenimiento del aparato para eficientar y economizar energía y agua comprende las siguientes etapas. a) Desconectar la caja de control de la red eléctrica local; b) Desconectar las conexiones de la red hidráulica y drenar el agua contenida en las cámaras de almacenamiento, c) Desmontar el aparato de la pared, el mantenimiento incluye el lavado sucesivo del recipiente mezclador, con agentes químicos y biológicos disueltos, para remover incrustaciones y algas y sanitizar el recipiente mezclador. d) Verificar el buen funcionamiento del modulo de válvulas de entrada de agua, tanto de las válvulas como de las bobinas, y en su caso sustituir; e) Verificar el buen estado del los tubos de entrada y salida de agua y limpiarlos, y en su caso necesario sustituir; f) Verificar el buen estado del sensor térmico algebraico y de los sensores de nivel, y en caso necesario sustituir; g) Verificar el buen estado del tubo dispersor y limpiar las boquillas, y en caso necesario sustituir; h) Verificar el buen estado de la válvula de salida y regadera, y en caso necesario sustituir; i) Ensamblar nuevamente el recipiente mezclador con sus partes y acceso- rios y montar en la pared. j) Conectar las entradas de agua caliente y fría de la red local, y k) Conectar la red de energía local el tablero de control.

La anterior descripción incluye cualquier combinación o subcombinación de los elementos de diferentes especies y/o modalidades descritas en la presente.

Una persona con conocimientos técnicos en la materia reconocerá que estas características, y por lo tanto el alcance de esta divulgación deberá interpretarse a la luz de las siguiente reivindicaciones y cualquier equivalente de las mismas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. - Un aparato para el control y suministro de agua a una temperatura determinada que procede de un calentador de agua que comprende:

- un tanque de almacenamiento, el cual tiene una pluralidad de cámaras conectadas en serie, dispuestas una sobre la otra, teniendo cada una de dichas cámaras una entrada/salida inferior contigua a la cámara adyacente, el tanque teniendo además una entrada para el suministro de agua fresca y una salida para proporcionar agua a una temperatura determinada a un servicio;

- una válvula solenoide dispuesta en cada una de las líneas de suministro de agua fresca caliente y agua fresca fría, dichas válvulas estando conectadas a la primera cámara del tanque;

- un termómetro algebraico, dispuesto en la primer cámara, el cual detecta la temperatura del agua a lo largo de la primera cámara y envía una señal eléctrica a un controlador; y

- un controlador, que incluye un dosificador, así como una entrada de una señal eléctrica procedente del termómetro y una salida de una señal eléctrica que se envía a las válvulas solenoides de agua fresca caliente y agua fresca fría.

2. - El aparato para el control y suministro de agua a una temperatura determinada que procede de un calentador de agua de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la salida de servicio se ubica substancial- mente en el centro promedio de la primera cámara.

3. - Un termómetro algebraico, capaz de medir el promedio de la temperatura a lo largo de un tanque el sensor térmico algebraico que consiste de entre 5 y 15 semiconductores conectados en serie, en donde los semiconductores se seccionan para que su impedancia en conducción a 40°C se mantenga en un rango menor de un 0.5% de variación.

4.- Un tanque para separar agua caliente de agua fría y colocar el agua fría por arriba del agua caliente que comprende una pluralidad de cámaras conectadas en serie, dispuestas una sobre la otra, separadas por una pluralidad de separadores de cámaras, teniendo cada una de dichas cámaras una entrada/salida inferior contigua a la cámara adyacente, el tanque teniendo además una entrada para el suministro de agua fresca y una salida para proporcionar agua a una temperatura determinada a un servicio.

5.- El tanque para separar agua caliente de agua fría y colocar el agua fría por arriba del agua caliente de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque la salida de servicio se ubica substancialmente en el centro promedio de la primera cámara.

6.- El tanque para separar agua caliente de agua fría y colocar el agua fría por arriba del agua caliente de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque la primera cámara mezcladora, debe estar lo más próximo a la descarga del agua de servicio.

7.- El tanque para separar agua caliente de agua fría y colocar el agua fría por arriba del agua caliente de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque los separadores de cámaras (6 y 7), tienen una pendiente de al menos 10%.