SISTEMA DE CALENTAMIENTO DE AGUA Antecedentes da la Invención La presente invención es concerniente en general con los calentadores de agua y más en particular, es concerniente con la mejora de la capacidad de un calentador de agua para suministrar agua caliente. Los calentadores de agua son comúnmente controlados para limitar la temperatura del agua contenida en los mismos, a aproximadamente 60°C (140°F) con el intento de reducir la probabilidad de escaldadura accidental en el punto de uso. Mientras que tal temperatura establecida baja puede reducir la probabilidad de lesiones, compromete la capacidad de un calentador de agua de un tamaño dado para suministrar agua caliente. La capacidad de calentamiento de la mayoría de los calentadores de agua no puede mantenerse con la extracción continua de agua caliente. A medida que el agua fría reemplaza el agua caliente extraída del calentador la temperatura del agua -dentro del calentador de agua gradualmente disminuirá, reduciendo así la temperatura de agua producida o de salida. La capacidad de un calentador de agua para recuperar rápidamente su temperatura establecida es afectada adicionalmente por el hecho de que el quemador no es activado hasta que la temperatura del agua disminuye por debajo de su temperatura establecida. Con el fin de reducir ciclos innecesarios, la válvula de gas que controla
Ref: 130003 el flujo del gas al quemador es configurada normalmente para mantenér la temperatura del agua a una temperatura de ±7°C (±12°F) . Como resultado, una disminución significativa de la temperatura del agua habrá ocurrido antes de que el calentador de agua comience a calentar el agua. Los esfuerzos por incrementar la capacidad de un calentador de agua para satisfacer la demanda de agua caliente sin elevar la temperatura establecida, han estado limitados previamente a incrementar el volumen del tanque, incrementar la capacidad de calentamiento del quemador o ambos. Sin embargo, el tamaño del espacio dedicado para la instalación de un calentador de agua en la mayoría de las aplicaciones residenciales, limita el tamaño máximo del calentador de agua. Además, un calentador de agua con un tanque más grande y posiblemente un quemador más grande incrementarla significativamente el costo del calentador de agua. Se necesita un sistema de calentamiento de agua que sea capaz de proporcionar una cantidad incrementada de agua caliente para un volumen de tanque y tamaño de quemador dados, sin incrementar la temperatura a la cual se suministra el agua caliente. Adicionalmente, sería más ventajoso que tal sistema fuera adaptable a configuraciones de calentador de agua existentes y además que sea actualizable a calentadores de agua existentes.
BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION La presente invención supera las desventajas de los procedimientos previamente usados para mejorar la capacidad de un calentador de agua de volumen de tanque y tamaño de quemador dados para suministrar agua caliente. Además, el dispositivo de la presente invención sirve para incrementar el volumen de agua caliente que está disponible, sin un incremento en la temperatura del agua máxima que es suministrada al punto de uso. Alternativamente, la presente invención puede ser configurada para suministrar agua caliente a dos temperaturas, una temperatura muy alta para uso, por ejemplo, en una máquina lavadora de platos o máquina lavadora en donde hay poca probabilidad de contacto directo con un usuario y una temperatura reducida para uso en donde el contacto directo con un usuario se presenta sistemáticamente, tal como en fregaderos, duchas o tinas de baño. La presente invención proporciona la combinación de una válvula mezcladora con un calentador de agua para combinar automáticamente el agua caliente que sale del calentador de agua con agua fria para producir una salida a una temperatura constante. Como resultado, el calentador puede ser ajustado a una temperatura significativamente más alta sin un incremento en la temperatura del agua que es encauzada a los varios puntos de uso, en donde agua fria adicional es combinada con el agua mezclada para llegar a ? una temperatura deseada. Al mantener el agua contenida dentro del calentador de agua a una temperatura más alta, 5 más agua caliente a la temperatura regulada está finalmente disponible para su uso. Adicionalmente, la válvula puede ser configurada para suministrar tanto agua caliente sin mezclar, exclusivamente para el uso por medio de ciertas lineas de distribución dedicadas, por ejemplo, a una máquina v 10 lavadora de platos o máquina lavadora, en tanto que el agua mezclada a una temperatura más baja está disponible para usos donde un usuario se pondrá en contacto directo con el agua. Ventajas adicionales asociadas con el sistema de 15 la presente invención incluyen en hecho de que una válvula de control de gas posicionable variablemente ya no es ,. v requerida para regular la temperatura del agua dentro del calentador de agua, ya que un solo ajuste alto es todo lo que se requiere. Adicionalmente, en tanto que una válvula de 20 control de gas es comúnmente configurada para regular la temperatura del agua dentro del calentador de agua a un rango de ±7°C (±12 °C) de la temperatura establecida, la válvula mezcladora de la presente invención es apta de regular la temperatura del agua de salida a un rango de 25 aproximadamente ±2°C (±3°F) de la temperatura establecida.
Más en particular, la válvula mezcladora usada en el sistema de la presente invención consiste de un cuerpo de válvula que es unido directamente al calentador de agua y en la cual la mezcla de los dos flujos de agua es controlada de tal manera que se obtiene un flujo de salida de una temperatura constante. La válvula puede ser controlada ya sea mediante un dispositivo mecánico tal como un termostato tipo de pelotilla de cera o mediante un dispositivo eléctrónico en donde se depende de un termopar para retroalimentar una señal de temperatura a un controlador que pone en operación un motor de velocidad gradual con el cual la posición de la válvula es ajustada. La salida de tal válvula es luego distribuida de la manera usual en donde se lleva a cabo una mezcla adicional con agua fría en el punto de uso. La válvula puede tener adicionalmente una salida de agua caliente sin mezclar a través de la cual se distribuye agua muy caliente a puntos de uso donde no se anticipa un contacto directo con el usuario. Tales dispositivos, por ejemplo, pueden incluir lavadoras de platos o lavadoras de ropa donde se necesita la temperatura adicional y un usuario no está normalmente en posición para ponerse en contacto con el agua. Estas y otras características y ventajas de la presente invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de las modalidades preferidas que tomadas en conjunción con los dibujos adjuntos ilustran a manera de ejemplo los principios de la invención.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una representación esquemática del sistema de suministro de agua caliente de la presente invención; La figura 2 es una vista en sección transversal semi-esquemática, ampliada de una primera modalidad preferida de la válvula mezcladora de la presente invención; y La figura 3 es una vista en sección transversal, semi-esquemática, ampliada de una segunda modalidad preferida de la válvula mezcladora de la presente invención.
DESCRIPCION DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS La presente invención proporciona en general un sistema de suministro de agua caliente en donde una válvula mezcladora es combinada con un calentador de agua. El agua dentro del tanque del calentador de agua puede ser mantenida mediante esto a una temperatura mucho más alta que la usual, en tanto que la salida del sistema es regulada a un nivel de temperatura más seguro. Como resultado, un volumen considerablemente mayor de agua calentada está disponible para el uso. , La figura 1 ilustra esquemáticamente un sistema de calentamiento de agua 12 de la presente invención. Una 5 válvula mezcladora 14 se muestra unida al calentador de agua 16. Una linea de agua fria 18 alimenta al sistema y dos lineas de agua caliente 20, 22 son mostradas alimentando agua calentada del sistema a dos redes de distribución separadas 24, 26. £1 agua que fluye a través de la linea 20 \ , 10 es suministrada a una temperatura suficientemente baja para prevenir la escaldadura accidental y es distribuida, por éjemplo, a fregaderos, duchas y tinas de baño, donde se mezcla con agua más fria para lograr la temperatura deseada. £1 agua que fluye a través de la linea 22 es sustancialmente
15 más caliente y es distribuida, por ejemplo, a máquinas lavadoras de platos o lavadoras de ropa. La temperatura del agua dentro del calentador de agua es regulada mediante un termostato que controla ya sea el flujo de gas a un quemador o el flujo de una corriente eléctrica a un elemento de
20 calentamiento. La figura 2 es una vista en sección transversal de una modalidad de una válvula mezcladora 14 para uso en el sistema de calentamiento de agua de la presente invención. El cuerpo de válvula 30 tiene formado en el mismo, una
25 entrada para agua fria 32, una primera salida 34 para una mezcla de agua caliente y fría, una segunda salida 36 para agua caliente sin mezclar y un acoplamiento 38 para suministrar agua fria y recibir agua calentada del calentador de agua 16. El cuerpo de válvula tiene pasajes internos formados en el mismo para conducir el flujo de agua fria, agua caliente y agua mezclada a varios sitios dentro del cuerpo de válvula. Un primer pasaje interno 40 conduce el agua fria de la entrada 32 al interior del calentador de agua via la linea 42 a través del acoplamiento 38 y a la cavidad central 44 del cuerpo de válvula a través de un primer orificio 46. Un segundo pasaje interno 48 conduce el agua caliente retirada del calentador de agua a la segunda salida 36 y a la cavidad central 44 a través de un segundo orificio 50 desplazado longitudinalmente en relación al primer orificio. El segundo pasaje interno es representado por lineas de puntos para simplificar la ilustración, ya que tal pasaje en realidad se extenderla hacia afuera del plano de la ilustración al otro lado del cuerpo de válvula. La primera salida 34 es dispuesta en el extremo distante de la cavidad central. El cuerpo de válvula 30 aloja un cartucho 52 dentro de la cavidad central 44. Tal cartucho es fijo rígidamente al cuerpo de válvula en su extremo próximo c mediante cualquiera de varios medios en los que se incluyen la interconexión roscada 54 que es mostrada. Un número de aberturas son formadas en el cartucho para ajustar su exterior en comunicación fluida con su interior hueco. Aberturas de agua fría 56 permiten que el agua fria pase al interior del cartucho mientras que una abertura de agua caliente 58 permite que entre el agua caliente. Una serie de juntas tóricas 60, 62, 64 sirven para impedir el flujo de agua entre el exterior del cartucho y el interior de la caja y de esta manera también impide el mezclado de agua caliente y fría antes de la entrada en el cartucho. El cartucho 52 tiene un pistón 66 dispuesto deslizantemente en el mismo, que sirve para controlar el flujo de agua a través de las aberturas de agua fria y agua caliente 56, 58 al interior del cartucho. El pistón es di ensionado de tal manera que una posición en la cual ocluye totalmente una abertura provoca que la otra abertura sea completamente no obstruida y viceversa. Una posición intermedia servirá para obstruir parcialmente ambas aberturas. Una junta tórica 68 impide el flujo de agua en el espacio entre el exterior del pistón y el interior del cartucho. Agujeros 67 formados en el pistón permiten el flujo de agua de un lado del pistón al otro. La posición del pistón 66 es controlada por un detector tipo pelotilla de cera 70. Tal detector consiste en general de una caja rígida 72 llenada con una cantidad de parafina que causa que un émbolo (no mostrado) se desplace hacia afuera y se retraiga hacia adentro a medida que se expande y se contrae la parafina como función de su temperatura. La caja es interconectada rígidamente al pistón 66, por ejemplo, mediante una interfase roscada 74, en tanto 5 que un vástago de unión 76 se extiende desde el émbolo para acoplarse con el extremo próximo del cartucho. Un muelle 78 impulsa el pistón hacia el extremo próximo de cartucho. El punto en el cual el vástago de unión 76 se acopla al cartucho 52 es controlado mediante un mecanismo de
10 ajuste 80. Tal mecanismo incluye una pieza del extremo roscada internamente 82 que es recibida de manera deslizable dentro del extremo próximo del cartucho 52. Una depresió esférica 84 en su extremo distante es configurada para recibir el extremo del vástago de unión. Un árbol roscado 86
25 se fija longitudinalmente al extremo próximo del cartucho y es recibido dentro de la pieza del extremo, de tal manera que la rotación de una perilla accesible externamente 88
V .. permite la posición de la pieza del extremo 82 y de aqui que el vástago de unión 76 y el pistón 66 sean desplazados. 20 En servicio, el agua fría entra al cuerpo de válvula 30 vía la entrada 32 y fluye a través del pasaje 40 para llenar el calentador de agua vía la línea 42. Adicionalmente, el agua fría que entra a través de la entrada 32 fluirá al cartucho 52, vía el orificio 46 y la
25 abertura 56, más allá del pistón a través de los agujeros 67, más allá del detector de calor 70 y hacia afuera a través de la salida 34. El agua calentada mediante el calentador de agua fluirá a través del acoplamiento 38, a través del pasaje 48, al cartucho 52 a través del orificio 50 y la abertura 58 y hacia afuera más allá del detector 70 a través de la salida 34. Si hay una demanda de agua caliente sin mezclar, la salida del calentador de agua fluirá a través de la salida 36. La posición del pistón 66 será determinada por la temperatura de la combinación de agua caliente y fría que fluye más allá del detector 70 hacia afuera del cartucho 52 y a través de la salida 34. Si la temperatura de la mezcla de agua se eleva arriba de la temperatura establecida, la parafina dentro de la caja 72 se expandirá y provocará que el émbolo interno empuje el vástago de unión 76 contra la pieza del extremo 82. Puesto que la posición de la pieza del extremo es fija, se provocará que el pistón se desplace en una dirección distante que sirve para incrementar simultáneamente el área de la abertura de agua fría 56 y disminuir el área de la abertura de agua caliente 58. La mezcla de agua resultante contendrá más agua fría y menos agua caliente y asi será reducida la temperatura resultante. Por otra parte, si la temperatura de la mezcla de agua desciende por debajo de la temperatura establecida, la parafina dentro de la caja 72 se contraerá provocando que el émbolo interno y el vástago de unión 76 se retraigan y se alejen de la pieza de extremo 82 permitiendo que el muelle 78 empuje el pistón 66 en una dirección próxima. Mediante esto, el tamaño de la abertura de agua fría 56 será reducido, mientras que el tamaño de la abertura de agua caliente 58 será incrementado para elevar la cantidad de agua fría y así disminuir la temperatura de la mezcla resultante. Con el fin de cambiar la temperatura establecida que va a ser mantenida por el mecanismo de termostato, la perilla 88 es girada para desplazar la posición de la pieza del extremo. Un desplazamiento hacia la salida 34 incrementa la cantidad de agua fría y disminuye la cantidad de agua caliente que es admitida al cartucho 52 para reducir la temperatura de mezcla. Un desplazamiento en la dirección opuesta incrementa la cantidad de agua caliente y disminuye la cantidad de agua fría que es admitida al cartucho para reducir la temperatura de mezcla. La perilla 88 puede ser calibrada directamente en términos de la temperatura establecida. La figura 3 es una vista en sección transversal, semiesquemática, de otra modalidad de una válvula mezcladora 14 para uso en el sistema de calentamiento de agua de la presente invención. La figura ilustra una válvula mezcladora para uso en el sistema de calentamiento de agua de la presente invención, en donde el termostato de temperaLura tipo parafina es reemplazado mediante medios electrónicos para detectar la temperatura y medios electrónicos para ajustar la válvula. El cuerpo de válvula 30 tiene formado en el mismo, una entrada para agua fria 32, una primera salida 34 para una mezcla de agua caliente y fria, una segunda salida 36 para agua caliente sin mezclar y un acoplamiento 38 para suministrar agua fria y recibir agua calentada del calentador de agua 16. El cuerpo de válvula tiene pasajes internos formados en el mismo, para conducir el flujo de agua fria, agua caliente y agua mezclada a varios sitios dentro del cuerpo de válvula. Un primer pasaje interno 40 conduce el agua fria de la entrada 32 al interior del calentador de agua via la linea 42 a través del acoplamiento 38 y a la cavidad central 44 del cuerpo de válvula a través de un primer orificio 46. Un segundo pasaje interno 48 conduce el agua caliente retirada del calentador de agua a la segunda salida 36 y a la cavidad central 44 a través de un segundo orificio 50 desplazado longitudinalmente en relación al primer orificio. El segundo pasaje interno es representado por lineas de puntos para simplificar la ilustración, ya que tal pasaje se extendería en realidad fuera del plano de la ilustración al otro lado del cuerpo de válvula. La primera salida 34 es dispuesta en el extremo distante de la cavidad central.
El cuerpo de válvula 30 aloja un cartucho 52 dentro de la cavidad central 54. Tal cartucho es fijo rígidamente al cuerpo de válvula en su extremo próximo mediante cualquiera de varios medios en los que se incluyen la interconexión roscada 54 que es mostrada. Un número de aberturas están formadas en el cartucho para ajustar su exterior en comunicación fluida con su interior hueco. Aberturas de agua fria 56 permiten que el agua fría entre al interior del cartucho, mientras que una abertura de agua caliente 58 permite que entre el agua caliente. Una serie juntas tóricas 60, 62, 64 sirve para impedir el flujo de agua entre el exterior del cartucho y el interior de la caja y mediante esto también impiden el mezclado de agua caliente y agua fría antes que entren al cartucho. El cartucho 52 tiene un pistón 66 dispuesto deslizantemente en el mismo, que sirve para controlar el flujo de agua a través de las aberturas de agua fría y agua caliente 56, 58 al interior del cartucho. El pistón es dimensionado de tal manera que una posición en la cual ocluye totalmente una abertura provoca que la otra abertura sea completamente no obstruida y viceversa. Una posición intermedia servirá para obstruir parcialmente ambas aberturas. Una junta tórica 68 impide el flujo de agua en el espacio entre el exterior del pistón y el interior del cartucho. Agujeros 67 formados en el pistón permiten el flujo de agua desde un lado del pistón al otro. La posición del pistón 66 es controlada por un motor de velocidad gradual 90. Tal motor hace girar un árbol roscado 92 que es recibido dentro de una pieza del extremo roscada internamente 94. Una depresión esférica 96 en su extremo distante se acopla con un vástago de unión 98 que es unido al pistón 66. Un muelle 78 impulsa el pistón hacia el extremo próximo del cartucho. La rotación del motor de velocidad gradual en una dirección provoca que el pistón sea impulsado hacia el extremo distante del cartucho. La rotación en la dirección opuesta provoca que la pieza del extremo sea desplazada a lo lejos del vástago de unión, lo que permite que el muelle 78 desplace el pistón en la dirección próxima. La operación del motor de velocidad gradual 90 es controlada mediante la salida del controlador 100 en respuesta a una señal de temperatura generada por el termopar 102. La temperatura de la mezcla de agua que sale a través de la salida 34 es medida mediante el termopar y comparada con una temperatura establecida que ha sido introducida. Si la temperatura medida es mayor que la temperatura establecida, se provoca que el motor de velocidad gradual gire para provocar que el pistón se mueva 66 hacia el extremo distante del cartucho. Si la temDeratura medida es menor que la temperatura establecida, se provoca que el motor de velocidad gradual gire en la dirección opuesta . En servicio, el agua fría entra al cuerpo de válvula 30 via la entrada 32 y fluye a través del pasaje 40 para llenar el calentador de agua via la linea 42. Adicionalmente, el agua fría que entra a través de la entrada 32 fluirá al cartucho 52, via el orificio 46 y la abertura 56, más allá del pistón a través de los agujeros 67, más allá del termopar 102 y hacia afuera a través de la salida 3 . El agua calentada por el calentador de agua fluirá a través del acoplamiento 38, a través del pasaje 48 al cartucho 52 a través del orificio 50 y la abertura 58 y hacia afuera del termopar 102 a través de la salida 34. Si hay demanda de agua caliente sin mezclar, la salida del calentador de agua fluirá hacia afuera a través de la salida 36. La posición del pistón 66 será determinada por la temperatura de la combinación de agua caliente y fria que fluye más allá del termopar 102, hacia afuera del cartucho 52 y a través de la salida 34. La señal generada mediante el termopar es comparada constantemente con la temperatura establecida por el controlador 100. En el caso de que se perciba que la temperatura medida es mayor que la temperatura establecida, una señal es enviada por el controlador al motor de velocidad gradual 90 para provocar que gire en un dirección que de como resultado un , . desplazamiento del pistón en una dirección distante. Esto provocará que el tamaño de la abertura de agua caliente 58 5 disminuya y el tamaño de la abertura de agua fría 56 se incremente, para incrementar mediante esto la cantidad relativa de agua fría en la mezcla. Inversamente, si se percibe que la temperatura medida es menor que la temperatura establecida, el motor de velocidad gradual es v , 10 girado para desplazar la pieza del extremo 94 a lo lejos del vástago de unión 98 y así permitir que el muelle 78 desplace el pistón en una dirección próxima. Como resultado, el tamaño de la abertura de agua fría 56 será reducido, en tanto que el tamaño de la abertura de agua caliente 58 será
15 incrementado para incrementar mediante esto la cantidad relativa de agua fría en la mezcla y reducir mediante esto la temperatura de la mezcla. Cualquiera de las modalidades de válvula mezcladora descritas anteriormente permiten que el sistema
20 de la presente invención suministre una gran cantidad de agua caliente a una temperatura segura. Al regular la temperatura del agua dentro del calentador de agua 16 a una temperatura de 82°C (180°F) y al ajustar la válvula mezcladora 14 a una temperatura de 60°C (140°F), está
25 disponible agua a 60CC (140°F) con una variación de solo IB
aproximadamente ±2°C (±3°F) . Además, a medida que el agua caliente es retirada del interior del calentador de agua y es reemplazada por agua fría, el quemador se encenderá o el elemento eléctrico será energizado por más tiempo antes de que la temperatura de agua dentro del calentador descienda por debajo de la temperatura establecida de 60°C (140°F), para comenzar de esta manera el proceso de recuperación antes de que la temperatura de suministro de agua caliente descienda por debajo de la temperatura establecida. Adicionalmente, si se necesita agua muy caliente, tal como para lavar platos o lavar ropa, se efectúa una desviación de la válvula mezcladora y el agua caliente es suministrada directamente del calentador de agua regulado a 82 °C (180°F) vía la salida 36. En tanto que la válvula mezcladora puede se configurada para interconectarse con el agua por medio de un solo acoplamiento 38 y una válvula de gas no ajustable, simplificada, puede ser empleada para regular la temperatura del agua y asi reducir los costos, es fácilmente posible configurar una válvula mezcladora que sea adaptable a las configuraciones de calentador de agua es instalaciones sanitarias existentes, en donde la válvula mezcladora se acopla directamente a la salida de agua caliente del calentador de agua, en tanto que la linea de agua fría entrante que alimenta el calentador de agua es simplemente formada en T para suministrar adicionalmente la entrada de agua fría de la válvula mezcladora. Como tal, la válvula puede ser actualizada a instalaciones existentes y solamente requiere que la válvula de gas de tal calentador de agua sea girada más allá del ajuste normal. En tanto que una forma particular de la invención ha sido ilustrada y descrita, también será evidente para aquellos experimentados en la técnica que se pueden efectuar varias modificaciones sin desviarse del espíritu y alcance de la invención. Asi, no se propone que la invención esté limitada excepto por las reivindicaciones adjuntas. Se hace constar que, con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el convencional para la manufactura de los objetos a que la misma se refiere.