Acumulador de agua caliente.

Método para la regulación de un acumulador de agua caliente alimentado con agua fría

, que comprende un ciclo de aprendizaje con una duración de tiempo que se repite periódicamente, adquiriendo en cada ciclo de aprendizaje una información sobre las extracciones de agua Vext de agua mezclada Vx realizadas que definen un perfil de extracciones, y un ciclo de regulación CR, a continuación de cada ciclo de aprendizaje, con la misma duración de tiempo y en donde se espera una repetición sustancial del perfil de extracciones del ciclo de aprendizaje anterior, determinando en cada ciclo de regulación CR unos valores de consigna del acumulador que aseguren la respuesta al perfil de extracciones esperados, en donde los valores de consigna determinados en cada ciclo de regulación CR son valores Vconsigna de cantidad disponible de agua mezclada Vx a una temperatura deseada X.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201231959.

Solicitante: FAGOR, S.COOP..

Nacionalidad solicitante: España.

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

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > CONTROL; REGULACION > SISTEMAS DE CONTROL O DE REGULACION DE VARIABLES... > Control de la temperatura (disposiciones de conmutación... > G05D23/19 (caracterizado por la utilización de medios eléctricos)
  • 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))
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Acumulador de agua caliente.

Fragmento de la descripción:

Acumulador de agua caliente.

SECTOR DE LA TïCNICA 5

La presente invenciïn se relaciona con mïtodos para la regulaciïn de acumuladores de agua caliente alimentados con agua frïa.

ESTADO ANTERIOR DE LA TïCNICA 10

Son conocidos en el estado de la tïcnica mïtodos que permiten la regulaciïn de un acumulador de agua caliente alimentado con agua frïa. En general, la capacidad de los depïsitos de los acumuladores de agua caliente es suficiente para cumplimentar la extracciïn de agua mïs grande esperada, manteniïndose dicha agua del depïsito a una temperatura mïxima permitida por el acumulador, y asï poder disponer en cualquier momento por parte del 15 usuario de la cantidad de agua mezclada que necesite a la temperatura deseada. Como consecuencia se produce una gran ineficiencia en el acumulador debida a las pïrdidas tïrmicas que son directamente proporcionales a la energïa acumulada en el agua del depïsito del acumulador.

Han sido desarrollados mïtodos mïs o menos precisos y fïciles de gestionar por el usuario que permiten limitar las 20 pïrdidas tïrmicas, manteniendo la temperatura del agua del depïsito del acumulador a un valor mïnimo y compatible con el requerimiento del usuario, esto es, que en cualquier circunstancia se cumplan los requerimientos de la mïs grande extracciïn de agua esperada o de las pequeïas extracciones imprevistas, manteniendo siempre la temperatura del agua del depïsito a una temperatura mïnima no inferior a la temperatura de agua deseada de uso.

WO2010/061268 A2 describe un mïtodo para la regulaciïn de un acumulador de agua caliente alimentado con agua frïa, que tiene por objeto reducir pïrdidas tïrmicas satisfaciendo todas las extracciones que son esperadas por el comportamiento habitual del usuario. El mïtodo comprende un ciclo de aprendizaje que se repite periïdicamente, adquiriendo en cada ciclo de aprendizaje una informaciïn sobre las extracciones de agua mezclada realizadas, definiendo dichas extracciones un perfil de extracciones. El mïtodo comprende tambiïn un ciclo de regulaciïn, a 30 continuaciïn de cada ciclo de aprendizaje, en donde se espera, debido a los hïbitos repetitivos usuales del usuario, una repeticiïn sustancial del perfil de extracciones del ciclo de aprendizaje anterior, determinando en cada ciclo de regulaciïn unos valores de consigna del acumulador que aseguren la respuesta al perfil de extracciones esperadas.

EXPOSICIïN DE LA INVENCIïN 35

El objeto de la invenciïn es el de proporcionar un mïtodo para la regulaciïn de un acumulador de agua caliente alimentado con agua frïa segïn se describe en las reivindicaciones.

Dicho mïtodo comprende un ciclo de aprendizaje con una duraciïn de tiempo que se repite periïdicamente, 40 adquiriendo en cada ciclo de aprendizaje una informaciïn sobre las extracciones de agua mezclada realizadas y que definen un perfil de extracciones. El mïtodo tambiïn comprende un ciclo de regulaciïn, a continuaciïn de cada ciclo de aprendizaje y con la misma duraciïn de tiempo, en donde se espera una repeticiïn sustancial del perfil de extracciones del ciclo de aprendizaje anterior, determinïndose en cada ciclo de regulaciïn unos valores de consigna del acumulador que aseguren la respuesta al perfil de extracciones esperadas. Los valores de consigna 45 determinados en cada ciclo de regulaciïn son valores de cantidad disponible de agua mezclada a una temperatura previamente configurada.

Se obtiene un mïtodo que permite regular la cantidad disponible de agua mezclada en acumuladores de agua caliente alimentados por agua frïa, a una temperatura previamente configurada, de una forma precisa. Este mïtodo 50 permite de esta forma optimizar el consumo energïtico en dicho acumulador, mediante una lïgica de aprendizaje, minimizando las pïrdidas tïrmicas originadas por la acumulaciïn de agua caliente innecesaria y/o en el momento indebido.

En el estado de la tïcnica el mïtodo de gestiïn de la cantidad disponible de agua mezclada estï basado en la 55 regulaciïn de la temperatura del agua del depïsito del acumulador de agua caliente. Este mïtodo puede llevar a errores, de predicciïn en el tiempo y de previsiïn de la cantidad necesaria de agua caliente, por parte del usuario. Por un lado es debido a que al determinar en cada momento la temperatura necesaria del agua del depïsito para calcular de forma continuada la cantidad disponible de agua mezclada requerida por el usuario, y que se encuentra a una temperatura deseada, se incurre en errores debidos a los propios sistemas de mediciïn y a la falta de 60 fiabilidad de representaciïn de las temperaturas medidas respecto de las temperaturas medias de las fracciones en que se divida el volumen de agua del depïsito. Por otro lado, y debido a que siempre se quiere asegurar que el usuario disponga de la cantidad suficiente de agua mezclada en los momentos requeridos, los mïtodos del estado de la tïcnica, que regulan el acumulador por temperatura, definen unas temperaturas y unos tiempos de antelaciïn para que la temperatura definida como necesaria en cada extracciïn, se alcance en los tiempos requeridos por el 65 usuario. Ello conlleva unas pïrdidas tïrmicas importantes, debido a la falta de precisiïn de la medida de las temperaturas y de su traslado al cïlculo de la cantidad de agua mezclada necesitada por el usuario, lo que lleva a un aseguramiento por exceso en las temperaturas.

En el mïtodo de la invenciïn directamente se regula en el acumulador la cantidad de agua mezclada disponible , de forma que tiene en cuenta constantemente dicha cantidad, regulïndose el acumulador definiendo unos valores de 5 consigna de agua mezclada que den respuesta al perfil de extracciones de agua mezclada que haya realizado el usuario en el ciclo anterior, y que es esperado que se repita en el ciclo actual, de forma que dichas extracciones esperadas estïn siempre disponibles en cantidad y en el momento preciso. De esta forma se consiguen ajustar las cantidades disponibles de agua mezclada a los requerimientos del usuario.

Estas y otras ventajas y caracterïsticas de la invenciïn se harïn evidentes a la vista de las figuras y de la descripciïn detallada de la invenciïn.

DESCRIPCIïN DE LOS DIBUJOS

La Fig. 1 muestra un grïfico que representa un ejemplo de funcionamiento de una realizaciïn del mïtodo para la regulaciïn de un acumulador, mostrando en una curva parcialmente la evoluciïn de la cantidad disponible de agua mezclada Vx en litros respecto del tiempo t en segundos, durante un ciclo de aprendizaje CA con una duraciïn de tiempo P de una semana, con un perfil de extracciones en la que se observan diferentes extracciones de agua mezclada Vext. 20

La Fig. 2 muestra un grïfico que representa el ejemplo de funcionamiento de la realizaciïn del mïtodo para la regulaciïn de un acumulador representado en la Fig.1, mostrando las duraciones de calentamiento Dci necesarias para conseguir un incremento de la cantidad de agua mezclada Vx correspondiente a cada extracciïn Vexti, y los tiempos de inicio toni correspondientes a cada duraciïn de calentamiento Dci de inicio del calentamiento del agua 25 mezclada Vx.

La Fig. 3 muestra un grïfico que representa el ejemplo de funcionamiento de la realizaciïn del mïtodo para la regulaciïn de un acumulador representado en la Fig.1, mostrando parcialmente el perfil de extracciones aprendido durante el ciclo de aprendizaje CA en otro tramo de la curva de agua mezclada Vx, y trasladado al siguiente ciclo de 30 regulaciïn CR como perfil de extracciones esperado, y las duraciones de calentamiento acumuladas de las diferentes extracciones totales Vexti.

La Fig. 4 muestra un grïfico que representa el ejemplo de funcionamiento de la Fig. 3, con el perfil de valores...

 


Reivindicaciones:

1. Mïtodo para la regulaciïn de un acumulador de agua caliente alimentado con agua frïa, que comprende un ciclo de aprendizaje (CA) con una duraciïn de tiempo (P) que se repite periïdicamente, adquiriendo en cada ciclo de aprendizaje (CA) una informaciïn sobre las extracciones de agua Vext de agua mezclada Vx realizadas que definen 5 un perfil de extracciones, y un ciclo de regulaciïn (CR) , a continuaciïn de cada ciclo de aprendizaje (CA) , con la misma duraciïn de tiempo (P) y en donde se espera una repeticiïn sustancial del perfil de extracciones del ciclo de aprendizaje (CA) anterior, determinando en cada ciclo de regulaciïn (CR) unos valores de consigna del acumulador (1) que aseguren la respuesta al perfil de extracciones esperadas, caracterizado porque los valores de consigna determinados en cada ciclo de regulaciïn (CR) son valores Vconsigna de cantidad disponible de agua mezclada Vx 10 a una temperatura deseada X.

2. Mïtodo segïn la reivindicaciïn 1, en donde se define una cantidad de agua mezclada Vx de seguridad Vseg.

3. Mïtodo segïn las reivindicaciïn 2, en donde el tiempo (P) de cada ciclo se divide en n intervalos Ii con una 15 duraciïn de tiempo ti, definiïndose en cada intervalo Ii un tiempo de inicio tii y un tiempo de finalizaciïn tfi, agrupïndose en cada intervalo Ii todas las extracciones de agua Vext realizadas en una ïnica extracciïn total Vexti.

4. Mïtodo segïn la reivindicaciïn 3, en donde la extracciïn total Vexti de cada intervalo Ii se determina en funciïn de la cantidad de agua mezclada Vxi en el tiempo tfi registrada en dicho intervalo Ii, la cantidad de agua mezclada 20 Vxi-1 en el tiempo tfi-1 registrada en el intervalo anterior Ii-1, la velocidad de calentamiento K del agua mezclada Vx, y el tiempo de calentamiento Tci que es el tiempo de activaciïn de un elemento generador de calor (HE) del acumulador (1) que calienta el agua del interior del depïsito (2) durante el intervalo (Ii) , a travïs de la fïrmula:

Vexti = (Vxi-1 – Vxi) + K*Tci 25

5. Mïtodo segïn la reivindicaciïn 4, en donde la velocidad de calentamiento K es un parïmetro de valor constante obtenido experimentalmente y diferente para cada tipo de acumulador de agua caliente, dependiendo dicho valor de la capacidad total CT del depïsito (2) del acumulador (1) y de la potencia del elemento generador de calor (HE) de dicho acumulador (1) , definiendo la velocidad de calentamiento K el tiempo necesario de calentamiento Tc para 30 incrementar una determinada cantidad de agua mezclada Vx, a travïs de la fïrmula:

K = Vx/Tc

6. Mïtodo segïn las reivindicaciones 4 o 5, en donde se determina una duraciïn del calentamiento Dci del agua 35 mezclada Vx para tener dispuesta la extracciïn total Vexti esperada en el intervalo Ii, a travïs de la fïrmula:

Dci = Vexti / K

de forma que la extracciïn total Vexti del intervalo Ii estï dispuesta para su utilizaciïn en el tiempo de finalizaciïn tfi-1 40 del intervalo anterior Ii-1, poniendo en funcionamiento el elemento generador de calor (HE) durante la duraciïn del calentamiento Dci.

7. Mïtodo segïn la reivindicaciïn 6, en donde cada vez que finaliza un intervalo Ii, se calcula el nïmero de intervalos n, como valor entero mïs bajo mayor que cero, que cumple la condiciïn expresada por la fïrmula: 45

y se actualiza el valor de todas las consignas Vconsignai-j de los intervalos comprendidos entre Ii-1 e Ii-n, , para unos valores de j

≤ j ≤ n

en funciïn del volumen de seguridad Vseg, y de la extracciïn total Vexti de cada intervalo Ii, a travïs de la fïrmula:

Vconsigna i-j = Vseg + 55

8. Mïtodo segïn la reivindicaciïn 7, en donde se define una cantidad de agua mezclada Vx lïmite Vlim por razones de seguridad, determinïndose dicha cantidad de agua mezclada lïmite Vlim para una temperatura media mïxima Tmmax del agua del depïsito (2) , siendo esta temperatura media mïxima Tmmax preferentemente de 75ïC.

9. Mïtodo segïn la reivindicaciïn 8, en donde la duraciïn de tiempo (P) de los ciclos de aprendizaje (CA) y de regulaciïn (CR) , los intervalos Ii en que estï dividido el tiempo (P) con la duraciïn de tiempo ti de los intervalos Ii, la velocidad de calentamiento K del agua mezclada Vx, el volumen de agua mezclada Vx de seguridad Vseg, y la cantidad de agua mezclada lïmite Vlim, son datos establecidos en la construcciïn del acumulador (1) y se inician automïticamente con la puesta en marcha del acumulador (1) , y en donde el cïlculo de la cantidad disponible de agua mezclada Vx a una temperatura deseada X, y los valores de las extracciones totales Vexti y los valores de consigna Vconsignai de cada intervalo Ii se actualizan automïticamente cada vez que se realizan extracciones de 5 agua caliente, se producen cambios en el perfil de temperaturas del agua del depïsito (2) , o se cambia la temperatura deseada del agua X.

10. Mïtodo segïn cualquiera de las reivindicaciones 2 a 9, en donde el volumen de seguridad Vseg se determina a travïs de la fïrmula: 10

Vseg = m * CT

siendo m un nïmero racional, preferentemente 12 /10.

11. Mïtodo segïn cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la cantidad disponible de agua mezclada Vx se determina en funciïn de la temperatura del agua frïa de entrada Tf, el volumen de agua Vu del depïsito (2) del acumulador (1) que se encuentra a una temperatura igual o superior a la temperatura deseada X, y la temperatura media Tm de dicho volumen Vu, a travïs de la fïrmula:

12. Mïtodo segïn la reivindicaciïn anterior, en donde se determina un perfil de temperaturas (7) a lo largo de una longitud (L) del depïsito (2) del acumulador de agua caliente (1) , midiendo la temperatura del agua en una pluralidad de alturas (Hi) , respecto de un extremo (4) de dicho depïsito (2) , mediante sensores de temperatura (3) , y obteniendo la temperatura para el resto de alturas mediante interpolaciïn o extrapolaciïn a partir de las 25 temperaturas (Ti) medidas en dichas alturas (Hi) , estableciendo una relaciïn entre el perfil de temperaturas (7) y la longitud (L) del depïsito (2) , localizando la temperatura deseada X en el perfil de temperaturas (7) , y determinando la posiciïn (H) de la temperatura deseada X en la longitud (L) del depïsito (2) respecto del extremo (4) , obteniendo el volumen de agua Vu a travïs de la fïrmula:

siendo CT la capacidad total del depïsito (2) , y siendo CX la capacidad del depïsito (2) a una temperatura inferior a la temperatura deseada X.

13. Mïtodo segïn la reivindicaciïn anterior, en donde la temperatura media Tm del volumen Vu se determina a 35 travïs de la fïrmula:

siendo T (C) el perfil de temperaturas (7) en funciïn de la capacidad del depïsito (2)

14. Mïtodo segïn las reivindicaciones 12 o 13, en donde la temperatura del agua frïa de entrada Tf tiene un valor inicial Tfi que se actualiza con el valor de la temperatura del agua indicada por el sensor de temperatura (3) mïs cercano al extremo (4) del depïsito (2) , cuando se realizan extracciones de agua caliente del acumulador (1) que producen un desplazamiento de la posiciïn (H) de la temperatura deseada X, a una posiciïn de valor igual o superior a la posiciïn (H) del siguiente sensor de temperatura (3) en la longitud del depïsito (2) respecto del extremo 45 (4) .