Acumulador de agua caliente.

Método y dispositivo para determinar una cantidad disponible de agua mezclada Vx a una temperatura deseada Tx en un acumulador de agua caliente alimentado con agua fría. Dicha cantidad Vx se determina en función de la temperatura del agua fría de entrada Tf

, el volumen de agua Vu que se encuentra a una temperatura igual o superior a la temperatura deseada Tx, y la temperatura media Tm de dicho volumen Vu, a través de la fórmula:

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201231199.

Solicitante: FAGOR, S.COOP..

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: KHOLKY,Mounir, NAZABAL MUÑAGORRI,Luis Mª.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION > CALENTADORES DE FLUIDOS, p. ej. CALENTADORES DE AGUA... > Partes constitutivas > F24H9/20 (Disposición o montaje de dispositivos de control o de seguridad (válvulas de control F16K; dispositivos de seguridad para quemadores F23D; dispositivos para control de la combustión F23N; de sistemas que comprenden un calentador, véanse las subclases apropiadas, p. ej. de sistemas para control de la calefacción F24D 19/10; interruptores automáticos para aparatos de calefacción eléctrica H05B 1/02))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION > SISTEMAS DE CALEFACCION DOMESTICA O PARA OTROS LUGARES,... > Detalles (de calentadores de aire o de agua F24H... > F24D19/10 (Dispositivos o montaje de dispositivos de control o de seguridad (válvulas de control F16K; siendo controlado solamente el calor F24H 9/20))
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDA DEL VOLUMEN, FLUJO VOLUMETRICO, FLUJO MASICO... > G01F22/00 (Métodos o aparatos para la medida del volumen de fluidos o materiales sólidos fluyentes, no previstos en otro lugar)
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Acumulador de agua caliente.

Fragmento de la descripción:

Acumulador de agua caliente SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención se relaciona con métodos para determinar una cantidad disponible de agua mezclada a una temperatura deseada en acumuladores de agua caliente alimentados con agua fría, y dispositivos aptos para implementar dichos métodos para determinar y regular la cantidad de agua mezclada a una temperatura deseada.

ESTADO ANTERIOR DE LA TÉCNICA

Son conocidos en el estado de la técnica métodos y dispositivos que permiten determinar y regular una cantidad disponible de agua mezclada a una temperatura deseada en acumuladores de agua caliente. Estos métodos permiten determinar la cantidad disponible de agua mezclada a una temperatura deseada, y mediante el dispositivo se indica al usuario dicha cantidad de agua, bien sea en forma de volumen en litros, el número de duchas o baños disponibles con dicha cantidad de agua, o el tiempo restante hasta obtener una determinada cantidad de agua mezclada a dicha temperatura deseada. De la misma forma el dispositivo permite interactuar con el usuario, y así éste puede indicar al acumulador de agua caliente sus necesidades mediante el dispositivo, definiendo el volumen de agua mezclada a una temperatura deseada necesaria para una ducha o un baño y el número de duchas o baños que necesita.

WO 00/58668 A1 describe un acumulador de agua caliente, un método y un dispositivo para estimar una cantidad disponible de agua mezclada a una temperatura deseada en acumuladores de agua caliente alimentados con agua fría. En dicho acumulador se utilizan al menos tres sensores de temperatura dispuestos a lo largo del depósito para determinar la temperatura del agua de dicho depósito en dichos puntos. El método comprende una fase de determinación de la temperatura del agua fría de entrada mediante uno de los sensores de temperatura, una fase de cálculo de la diferencia de la temperatura deseada del agua mezclada y de la temperatura del agua fría de entrada, una fase de cálculo de la diferencia de la temperatura de cada sensor de temperatura y de la temperatura del agua fría de entrada, y una fase de cálculo de la cantidad total disponible de agua mezclada a una temperatura deseada. Dicha cantidad total disponible de agua mezclada se calcula como función de la suma de la cantidad parcial disponible de agua mezclada a una temperatura deseada correspondiente a cada sensor de temperatura. Las cantidades parciales disponibles de agua mezclada se obtienen multiplicando la fracción del volumen total de agua caliente real del depósito que representa la posición de cada sensor en la longitud del depósito, por la fracción definida por la diferencia de la temperatura de cada sensor de temperatura y de la temperatura del agua fría de entrada, respecto de la diferencia de la temperatura deseada del agua mezclada y de la temperatura del agua fría de entrada.

EXPOSICIÓN DE LA INVENCIÓN

El objeto de la invención es el de proporcionar un método para determinar una cantidad disponible de agua mezclada a una temperatura deseada en acumuladores de agua caliente alimentados con agua fría, y un dispositivo apto para implementar dicho método, según se describe en las reivindicaciones.

Un aspecto de la invención se refiere por tanto a un método para determinar una cantidad disponible de agua mezclada Vx a una temperatura deseada Tx en acumuladores de agua caliente alimentados con agua fría. Dicha cantidad Vx se determina en función de la temperatura del agua fría de entrada Tf, el volumen de agua Vu que se encuentra a una temperatura igual o superior a la temperatura deseada Tx, y la temperatura media Tm de dicho volumen Vu, a través de la fórmula:

Otro aspecto de la invención se refiere a un dispositivo apto para implementar este método.

Se obtienen un método y un dispositivo que implementa dicho método, que permiten determinar y regular la cantidad disponible de agua mezclada a una temperatura deseada en acumuladores de agua caliente alimentados con agua fría de una forma precisa. En el estado de la técnica el método de cálculo de la cantidad total disponible de agua mezclada es la suma de la cantidad parcial disponible de agua mezclada a una temperatura deseada correspondiente a cada sensor de temperatura. Cada cantidad parcial disponible de agua mezclada es una fracción del volumen total real de agua caliente del depósito, y la temperatura que representa a cada fracción en el cálculo, es la temperatura definida por cada sensor en un punto de dicha fracción del volumen.

En el método de la invención se calcula el volumen de agua caliente que está a una temperatura igual o superior a la temperatura deseada del agua mezclada, por lo que en el cálculo de la cantidad disponible total de agua mezclada se parte de un volumen de agua que se encuentra a una temperatura por encima de la deseada, y por lo tanto es la que verdaderamente es válida para el cálculo de la cantidad disponible total. Además la temperatura que representa a dicho volumen de agua caliente, que está a una temperatura igual o superior a la temperatura deseada del agua mezclada, es su temperatura media, y no una temperatura puntual que en función de las extracciones de agua caliente que realice el usuario, no representa fielmente la temperatura de cada fracción del volumen total real. De esta forma la información que se suministra al usuario es más real y fiable.

Estas y otras ventajas y características de la invención se harán evidentes a la vista de las figuras y de la descripción detallada de la invención.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La FIG. 1 muestra una vista esquemática de un depósito de un acumulador de agua caliente y un perfil de temperaturas obtenido mediante una implementación del método de la invención.

La FIG. 2 es una vista esquemática de un acumulador dispuesto verticalmente con una realización del dispositivo de la invención.

La FIG. 3 es una vista esquemática del acumulador de la FIG. 2 dispuesto horizontalmente, mostrando sólo parte de los elementos del dispositivo según la invención.

EXPOSICIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Los acumuladores de agua caliente disponen de un depósito, normalmente aislado, en cuyo interior se acumula el agua que se desea calentar. El usuario de un acumulador utiliza el agua caliente acumulada en el mismo para usos como son la ducha, el baño, utilizaciones varias en la cocina, y otros usos. Uno de los aspectos que caracterizan a estos usos del agua caliente, es que el usuario la desea utilizar a una temperatura determinada, también denominada temperatura deseada Tx, que es fijada por el usuario. Normalmente se prefija en el acumulador de agua caliente la temperatura de consigna a la que se desea calentar, y mantener, el agua caliente en el interior del depósito. Dicha temperatura de consigna suele ser superior a la temperatura de agua deseada Tx, por lo que el usuario debe mezclar, a la salida del acumulador, el agua caliente del depósito con agua fría y así obtener una cantidad de agua mezclada Vx a una temperatura deseada Tx.

El usuario puede indicar en el acumulador sus necesidades, como por ejemplo el número de duchas o baños que necesita y la cantidad de agua mezclada a una temperatura deseada Tx necesaria para una ducha o un baño. El acumulador dispone de un dispositivo que comprende medios que permiten realizar mediciones de temperaturas, y un método que permite definir las fases de cálculo de la cantidad disponible de agua mezclada Vx, indicando al usuario dicha cantidad bien sea en forma de volumen en litros, en número de duchas o baños, o en tiempo restante hasta obtener dicha cantidad disponible de agua mezclada Vx.

El método para determinar una cantidad disponible de agua mezclada Vx a una temperatura...

 


Reivindicaciones:

1. Método para determinar una cantidad disponible de agua mezclada Vx a una temperatura deseada Tx en un acumulador de agua caliente alimentado con agua fría, caracterizado porque dicha cantidad Vx se determina en función de la temperatura del agua fría de entrada Tf, el volumen de agua Vu que se encuentra a una temperatura igual o superior a la temperatura deseada Tx, y la temperatura media Tm de dicho volumen Vu, a través de la fórmula:

2. Método según la reivindicación 1, en donde el volumen de agua Vu se obtiene determinando la altura mínima (H) del depósito (2) del acumulador de agua caliente en la que la temperatura es igual a la temperatura deseada Tx.

3. Método según la reivindicación 2, en donde se determina el perfil de temperaturas (7) a distintas alturas del depósito (2) midiendo dicha temperatura en una pluralidad de alturas (Hi) mediante sensores de temperatura (3) , y obteniendo la temperatura para el resto de alturas mediante interpolación o extrapolación a partir de las temperaturas (Ti) medidas en dichas alturas (Hi) .

4. Método según la reivindicación 3, en donde la posición (Hi) de cada sensor de temperatura (3) en la longitud

(L) del depósito (2) respecto de un extremo (4) de dicho depósito (2) , establece un nodo (6) que relaciona dicha posición (Hi) con la temperatura del agua (Ti) en esa posición (Hi) , definiendo el perfil de temperaturas del agua

(7) del depósito (2) interpolando la temperatura del agua (T) entre los nodos (6) , extrapolando la temperatura del agua (T) hacia el extremo (4) del depósito (2) respecto de los dos nodos (6) más cercanos a dicho extremo (4) , y extrapolando los valores de temperatura del agua (T) hacia otro extremo (5) del depósito (2) respecto de los dos nodos (6) más cercanos a dicho otro extremo (5) , estableciendo una relación entre el perfil de temperaturas del agua (7) y la longitud (L) del depósito (2) , localizando la temperatura deseada Tx en dicho perfil de temperaturas

(7) y determinando la posición (H) de la temperatura deseada Tx en la longitud (L) del depósito (2) respecto del extremo (4) .

5. Método según las reivindicaciones 3 o 4, en donde la temperatura del agua fría de entrada Tf se calcula a partir del perfil de temperaturas (7) .

6. Método según la reivindicación 5, en donde la temperatura Tf del agua fría de entrada tiene un valor inicial Tfi que se actualiza con el valor de la temperatura del agua indicada por el sensor de temperatura (3) más cercano al extremo (4) del depósito (2) , cuando se realizan extracciones de agua caliente del acumulador (1) que producen un desplazamiento de la posición (H) de la temperatura deseada Tx a una posición de valor igual o superior a la posición (Hi) del siguiente sensor de temperatura (3) en la longitud del depósito (2) respecto del extremo (4) .

7. Método según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, en donde las interpolaciones y extrapolaciones de las temperaturas del agua son lineales, polinómicas o de otro tipo.

8. Método según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, en donde la temperatura media Tm del volumen Vu se determina, siendo T (C) el perfil de temperaturas en función de la capacidad del depósito (2) , siendo CT la capacidad total del depósito, y siendo CX la capacidad del depósito (2) a una temperatura inferior a la temperatura deseada Tx, a través de la fórmula:

9. Método según la reivindicación 8, en donde la capacidad total CT del volumen de agua del depósito (2) se divide en fracciones de volumen (Fv) correspondientes a los volúmenes existentes entre los nodos (6) , el volumen existente entre el extremo (4) del depósito (2) y el primer nodo (6) , y entre el último nodo (6) y el otro extremo (5) del depósito (2) , determinando el volumen de agua Vu a una temperatura superior o igual a Tx como función de:

en donde la capacidad CX del depósito (2) es la suma de fracciones de volumen (Fv) de agua existentes entre el extremo (4) del depósito (2) , y la parte de la fracción de volumen correspondiente a la posición (H) definida por la temperatura deseada Tx.

10. Método según la reivindicación 9, en donde los datos de la capacidad total CT del depósito (2) , la posición (Hi) de cada sensor de temperatura (3) , la temperatura del agua fría de entrada inicial, y las fracciones de volumen (Fv) , son datos establecidos en la construcción del acumulador (1) y se inician automáticamente con la puesta en marcha del acumulador (1) , y en donde el cálculo de la cantidad disponible de agua mezclada Vx a una temperatura deseada Tx se actualiza automáticamente cada vez que se realizan extracciones de agua caliente, se producen cambios en el perfil de temperaturas del agua del depósito (2) , o se cambia la temperatura deseada del agua Tx.

11. Dispositivo apto para implementar un método para determinar una cantidad disponible de agua mezclada Vx a una temperatura deseada Tx en un acumulador de agua caliente alimentado con agua fría según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una pluralidad de sensores de temperatura (3) dispuestos a lo largo del depósito (2) del acumulador (1) para determinar la temperatura del agua de dicho depósito (2) en sus puntos respectivos , y una unidad de control y regulación (11) para implementar el método.

12. Dispositivo según la reivindicación anterior, en donde la unidad de control y regulación (11) comprende una unidad de control y proceso (CPU) que recibe unas señales de entrada (12, 13) , las procesa y emite unas señales de salida (14, 16) , una interfaz de medición de temperatura (TMI) que recibe unas señales de temperatura (15) de los sensores de temperatura (3) , las procesa y envía las señales (13) a la unidad de control y proceso (CPU) , una interfaz de introducción de datos por parte del usuario (UI) , que recibe los datos del usuario, los procesa y envía las señales (12) a la unidad de control y proceso (CPU) , un dispositivo visualizador

(D) que recibe las señales de salida (14) de la unidad de control y proceso (CPU) y presenta la información al usuario, y una unidad de potencia (PU) , conectada a un suministro de energía V, que recibe unas señales de entrada (16) desde la unidad de control y proceso (CPU) , y suministra un flujo de energía (E) a un elemento generador de calor (HE) que calienta el agua del interior del depósito (2) .

13. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 11 o 12, en donde los sensores de temperatura (3) se montan en una sonda (17) que se introduce en una vaina (8, 9) dispuesta en el depósito (2) , incorporándose a la sonda (17) un elemento identificativo (18) , preferentemente una resistencia, que permite identificar los datos constructivos del acumulador (1) como son la capacidad total CT del depósito (2) , la posición (Hi) de cada sensor de temperatura (3) , la temperatura del agua fría de entrada inicial Tfi, y las fracciones de volumen (Fv) , enviando dicho elemento identificativo (18) unas señales de identificación (19) a la unidad de control y proceso (CPU) cuando el acumulador (1) se pone en marcha.

14. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en donde el número de sensores de temperatura (3) del dispositivo (10) es de al menos dos, siendo preferentemente cuatro.

15. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, en donde el acumulador (1) comprende un detector de posición que permite identificar si el acumulador (1) se encuentra en una posición vertical o en una posición horizontal, enviando dicho detector de posición unas señales de posición a la unidad de control y proceso (CPU) cuando el acumulador (1) se pone en marcha y cuando se cambia de posición.

16. Acumulador de agua caliente caracterizado porque comprende un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 15.

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