PROTECTOR TÉRMICO ELECTRÓNICO PARA CALENTADORES DE AGUA ELÉCTRICOS.

Dispositivo de control (R) para la regulación del calor y para las funciones de protección térmica en un calentador de agua eléctrico,

que comprende - por lo menos un sensor (6) para la medición de la temperatura del agua del depósito; un circuito de alimentación eléctrica (1) que, a través de los bornes de conexión (2.1), alimenta a las resistencias eléctricas (2) para el calentamiento del agua del depósito; -unos medios (3.1; 4.1) para controlar un dispositivo de desconexión (3; 4), cuya apertura / cierre controla la alimentación eléctrica a las resistencias (2) para mantener el agua a su temperatura de regulación (t. r.) seleccionada en el curso del funcionamiento normal; -unos medios (4.1; 4.2) para detener, en caso de anomalías en el funcionamiento, el proceso de regulación del calor abriendo los microrruptores de los relés de seguridad (4) para desconectar la alimentación eléctrica a dichos dos terminales de conexión (2.1) de dichas resistencias eléctricas (2); estando constituidos dichos relés de seguridad (4) o bien por dos relés (4) con un único microrruptor, o bien por un único relé (4) con un doble microrruptor y siendo las anomalías de funcionamiento mencionadas anteriormente, las siguientes: - la temperatura de desconexión (t.i.) del depósito de agua ha alcanzado un valor superior al de la temperatura de regulación (t.r.) si bien aún es más bajo que el de la temperatura de seguridad (t.s.), - y/o un funcionamiento anómalo de uno o de una pluralidad de dichos sensores (6); - un dispositivo de reiniciación accionado manualmente (9) para reiniciar el procedimiento de regulación del calor si se ha desactivado a causa de las anomalías de funcionamiento mencionadas anteriormente. -una lógica electrónica (7, 8, 9, 10) para proporcionar por lo menos el control de dichos medios de regulación del calor y de protección térmica; caracterizado por que el mando de reiniciación es aceptado por el sistema de seguridad únicamente después de que un microprocesador (7) que forma parte del circuito electrónico lógico (7, 8, 9, 10) haya verificado que la anomalía que ha determinado la apertura del relé (4) ha dejado de existir

La presente invención se refiere a la regulación y a los dispositivos de control de la seguridad para los calentadores de agua eléctricos. Los calentadores de agua eléctricos comprenden dos dispositivos que controlan la temperatura del agua contenida en el depósito.

Uno de ellos es un termostato de regulación (que en lo sucesivo se denominará regulador de calor). Su misión es ajustar la temperatura manteniendo la temperatura del calentador de agua al valor de t.r. ajustado por el fabricante y/o por el usuario; evidentemente, cualquier rango de regulación puesto a disposición del usuario impide que puedan alcanzarse unas temperaturas peligrosas.

El otro dispositivo es un termostato protector térmico (que en lo sucesivo se denominará protector térmico). Su misión es proporcionar protección térmica desconectando la alimentación eléctrica a las resistencias eléctricas si la temperatura monitorizada alcanza un valor de desconexión intermedio de t.i. comprendido entre los valores de temperatura que puede alcanzarse durante el funcionamiento normal y el valor máximo de t.s. previsto por las Normas de Seguridad. En general, ello puede tener lugar únicamente si el termostato de regulación ha sufrido un fallo; por ejemplo, si el ajuste no es correcto o si sus contactos eléctricos están soldados y ya no pueden abrirse. Sin embargo, es posible asimismo que una situación anómala tal como, por ejemplo, la falta de agua en el depósito, pueda originar un incremento brusco de la temperatura que active el protector térmico aún en el caso de que el termostato de regulación se encuentre en perfectas condiciones.

La precisión del termostato de regulación es extremadamente importante, no tanto en lo relativo al confort, sino más bien para limitar el consumo; dada la misma temperatura media en el calentador de agua a lo largo de un periodo de tiempo dado, cuanto más bruscas sean las variaciones de la temperatura real debidas a su control impreciso, tanto mayor será la pérdida de calor, como se ha constatado experimentalmente. Desde este punto de vista, en realidad los termostatos electromecánicos más precisos son los que utilizan un sensor de bulbo seguidos por los de un sensor de varilla y, a continuación aquellos cuyo sensor está constituido por una lámina bimetálica biestable. Los termostatos electrónicos son, de largo, los mejores, y generalmente utilizan una NTC (resistencia de coeficiente de temperatura negativo) como sensor, que no únicamente proporciona una regulación precisa que, por otra parte, no podría alcanzarse con unos termostatos electromecánicos, sino que ofrecen asimismo muchas otras ventajas tales como la facilidad de controlarlos con un microprocesador, con el que pueden programarse el tiempo de funcionamiento y las temperaturas así como otras funciones. Mientras que los termostatos electromecánicos desconectan la alimentación eléctrica a las resistencias eléctricas abriendo físicamente un contacto eléctrico, los termostatos electrónicos actúan deteniendo el paso de la corriente a través de un dispositivo semiconductor (el TRIAC) que, a su vez, puede disponerse directamente en serie a lo largo del circuito de las resistencias eléctricas si el amperaje requerido es suficientemente bajo o comandando la apertura de un relé que, a su vez, desconecta el circuito de las resistencias. No obstante, la normativa de seguridad no requiere que el termostato de regulación desconecte físicamente las fases de un circuito eléctrico.

La desconexión física bipolar de ambos extremos del circuito eléctrico de las resistencias se comanda mediante el termostato protector térmico; por otra parte, no se requiere ningún grado de precisión particular para la temperatura de activación, ya que los valores de tolerancia de los sensores menos sensibles como los que comprenden una lámina bimetálica biestable pueden activarse a unas temperaturas de desconexión t.i. mucho más altas que la temperatura de regulación t.r. todavía bastante por debajo de las temperaturas máximas permisibles t.s. Hasta la fecha, el termostato protector térmico en los calentadores de agua ha sido siempre del tipo electromecánico con un mecanismo extremadamente simple; en general es del tipo que contiene los conocidos discos bimetálicos biestables como dispositivo sensor / accionador. Cuando se alcanza la temperatura ajustada, el termostato protector térmico abre irreversiblemente las dos (o tres) fases de la alimentación eléctrica; la reposición de los contactos es posible en la mayoría de modelos para la reiniciación del calentador de agua cuando la sobretemperatura no es el resultado de unas anomalías que afecten al termostato de regulación, pero al dispositivo de reiniciación únicamente puede acceder un técnico de mantenimiento, lo que supone el inconveniente de que la reiniciación del calentador de agua requiere siempre la intervención del departamento de servicio técnico, incluso aunque la causa del bloqueo hubiera sido absolutamente accidental.

En aras de una mayor compacidad y facilidad de ensamblaje, el termostato de regulación electromecánico y el termostato protector térmico se alojan frecuentemente en la misma caja; aunque ello no significa que no sean dos dispositivos independientes, teniendo cada uno de ellos su propio sensor, su propio mecanismo para abrir los contactos eléctricos y, finalmente, sus propios contactos eléctricos. En conclusión, la seguridad requiere que cada uno de los dos termostatos debe tener su propia “lógica electromecánica”.

En cuanto a los termostatos de regulación electrónicos, su uso se ha limitado hasta ahora a los productos de nivel alto, considerando la imposibilidad de eliminar los costes correspondientes al protector térmico electromecánico que, entre otras cosas, resulta normalmente muy difícil de incluir en la misma caja con el termostato electrónico. En tanto que el tipo de protector térmico más extendido es el que tiene la lámina bimetálica, debe alojarse lo más cerca posible de la zona cuya temperatura debe monitorizarse, es decir la zona en la que la temperatura de funcionamiento pueda ser suficientemente alta como para dañar los dispositivos electrónicos incluso en condiciones de funcionamiento normales.

**(Ver fórmula)**

El documento NL8501754A representa un dispositivo electrónico para la regulación térmica y para la protección térmica de un calentador de agua con acumulación que se pone en el estado bloqueado no únicamente cuando se rebasa una temperatura dada, sino incluso en el caso de que se experimente un funcionamiento anómalo de los sensores de temperatura. El estado bloqueado se obtiene desconectando el calentamiento con la apertura de un relé biestable, mientras que un circuito RC (circuito resistencia-condensador) impide que pase al estado bloqueado debido a anomalías de corta duración. Una vez puesto en el estado bloqueado, el dispositivo no guarda memoria de los fallos detectados, de modo que podría aceptar un número indefinido de acciones de reiniciación incluso en situaciones peligrosas. Un dispositivo de dichas características, si bien representa un avance, está concebido de tal modo que, tal como se especifica expresamente, sigue exigiendo que el dispositivo que restituye las condiciones de funcionamiento normales sea accesible únicamente a los técnicos de mantenimiento, como los dispositivos de seguridad electromecánicos anteriores. Ello representa un inconveniente, ya que debe llamarse a los técnicos de mantenimiento siempre que el calentador de agua se ponga en el estado bloqueado, incluso aunque no sea debido a la presencia de fallos.

El objetivo principal de la presente invención es permitir al usuario reiniciar el funcionamiento regular del calentador de agua cuando haya sido bloqueado por el protector térmico evitando incluso las situaciones peligrosas. Otro objetivo de la presente invención es especificar los medios para obtener un único dispositivo de control capaz de actuar, como mínimo, como un termostato de regulación y un protector térmico en un calentador de agua eléctrico.

Otro objetivo de la presente invención es especificar los medios para permitir que dicho dispositivo de control único utilice una lógica de funcionamiento única, es decir un dispositivo de hardware único y un dispositivo de software único, por lo menos para el control de las funciones de un regulador de calor y de un protector térmico. Otro objetivo de la presente invención es asignar a dicho dispositivo de control único unas funciones adicionales de información, programación y control que no están relacionadas ni con la regulación de calor ni con la protección térmica.... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de control (R) para la regulación del calor y para las funciones de protección térmica en un calentador de agua eléctrico, que comprende

- por lo menos un sensor (6) para la medición de la temperatura del agua del depósito; un circuito de alimentación eléctrica (1) que, a través de los bornes de conexión (2.1), alimenta a las resistencias eléctricas (2) para el calentamiento del agua del depósito; -unos medios (3.1; 4.1) para controlar un dispositivo de desconexión (3; 4), cuya apertura / cierre controla la alimentación eléctrica a las resistencias (2) para mantener el agua a su temperatura de regulación (t. r.) seleccionada en el curso del funcionamiento normal; -unos medios (4.1; 4.2) para detener, en caso de anomalías en el funcionamiento, el proceso de regulación del calor abriendo los microrruptores de los relés de seguridad (4) para desconectar la alimentación eléctrica a dichos dos terminales de conexión (2.1) de dichas resistencias eléctricas (2); estando constituidos dichos relés de seguridad (4) o bien por dos relés (4) con un único microrruptor, o bien por un único relé (4) con un doble microrruptor y siendo las anomalías de funcionamiento mencionadas anteriormente, las siguientes:

- la temperatura de desconexión (t.i.) del depósito de agua ha alcanzado un valor superior al de la temperatura de regulación (t.r.) si bien aún es más bajo que el de la temperatura de seguridad (t.s.), -y/o un funcionamiento anómalo de uno o de una pluralidad de dichos sensores (6);

- un dispositivo de reiniciación accionado manualmente (9) para reiniciar el procedimiento de regulación del calor si se ha desactivado a causa de las anomalías de funcionamiento mencionadas anteriormente. -una lógica electrónica (7, 8, 9, 10) para proporcionar por lo menos el control de dichos medios de regulación del calor y de protección térmica;

caracterizado por que el mando de reiniciación es aceptado por el sistema de seguridad únicamente después de que un microprocesador (7) que forma parte del circuito electrónico lógico (7, 8, 9, 10) haya verificado que la anomalía que ha determinado la apertura del relé (4) ha dejado de existir.

2. Dispositivo de control (R) según la reivindicación 1 anterior, caracterizado porque dicho dispositivo de reiniciación accionado manualmente (9) es capaz de reiniciar el procedimiento de regulación del calor únicamente hasta un número máximo determinado de reiniciaciones.

3. Dispositivo de control (R) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque dicha lógica electrónica (7, 8, 9, 10) se expresa, por lo menos en parte, por medio de unas instrucciones de software memorizadas en un microprocesador (7).

4. Dispositivo de control (R) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 anteriores caracterizado porque se prevé una memoria permanente (10) tal como una EEPROM, en la que pueden grabarse por lo menos las informaciones relativas a las anomalías del servicio.

5. Dispositivo de control (R) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho dispositivo de desconexión (3; 4) para el control de la alimentación eléctrica, para mantener el agua a la temperatura de regulación (t.r.), es un TRIAC (3).

6. Dispositivo de control (R) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 anteriores, caracterizado porque dicho dispositivo de desconexión (3; 4), cuya apertura / cierre controla la alimentación eléctrica, para mantener el agua a la temperatura de regulación (t.r.), es un relé de regulación (3; 4).

7. Dispositivo de control (R) según la reivindicación 6, caracterizado porque:

- dichos relés de seguridad (4) consisten en dos relés de seguridad (4) con un único microrruptor, -dicho relé de regulación (3; 4) coincide con uno de dichos dos relés de seguridad (4), -dicho relé de seguridad (4), que asimismo se encarga de la regulación del calor, es de un tipo que pueda realizar un número de ciclos por lo menos igual al previsto para la vida útil del calentador de agua.

8. Dispositivo de control (R) según la reivindicación 6, caracterizado porque

- dichos relés de seguridad (4) consisten en dos relés de seguridad (4) con un único microrruptor; -dicho relé de regulación (3;4) coincide, alternativamente, con uno de dichos relés de seguridad (4), -dichos relés de seguridad (4) son de un tipo que pueda realizar un número de ciclos por lo menos igual a la mitad del previsto para la vida útil del calentador de agua.

9. Dispositivo de control (R) según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 8 anteriores, caracterizado porque el mismo dispositivo de control (R) puede contar dicho número de ciclos memorizándolo en dicha memoria permanente (10) y se programa para abrir dichos dos relés (4) de tal modo que no pueda reiniciarse una vez se haya alcanzado el número de ciclos ajustado.

10. Dispositivo de control (R) según cualquiera de las reivindicaciones 4 o 7 anteriores caracterizado porque el dispositivo de control (R) puede detectar el fallo de apertura de dicho relé de seguridad (4) utilizado asimismo para la regulación de calor, y ajustarse para accionar la subsiguiente inmediata apertura no reiniciable del otro de dichos dos relés de seguridad (4).

11. Dispositivo de control (R) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 anteriores, caracterizado porque se prevé además una lógica realizada mediante hardware (8), que ejerce las funciones de temporizador de vigilancia,

- que es capaz de detectar, según el estado de la técnica, una o una pluralidad de anomalías de funcionamiento de dicho microprocesador (7) y de otros elementos del sistema, -que está equipada con unos medios (4.2) para detener, en caso de anomalías de funcionamiento, el procedimiento de regulación del calor abriendo los microrruptores de los relés de seguridad (4).

12. Método de control para las funciones de regulación del calor y de protección térmica en el calentador de agua eléctrico que comprende

**(Ver fórmula)**

- la detección de la temperatura del depósito de agua, -la alimentación eléctrica para calentar el agua del depósito, -el control de dicha alimentación eléctrica para mantener el agua a la temperatura de regulación (t.r.) seleccionada, durante el funcionamiento normal, -la detección de las posibles anomalías de funcionamiento -la desconexión de dicha alimentación eléctrica en el caso de dichas anomalías de funcionamiento, -la tentativa manual de activar la reiniciación del procedimiento de regulación del calor caracterizada porque

dicha reiniciación manual del procedimiento de regulación del calor se acepta con la condición de que dichas anomalías de funcionamiento hayan dejado de existir.

13. Método de control según la reivindicación 12 anterior, caracterizado porque el número de dichas reiniciaciones realizadas manualmente se contabiliza y se memoriza y porque las reiniciaciones ulteriores realizadas manualmente resultan imposibles cuando dicho número de reiniciaciones rebasa el valor máximo posible, pudiéndose realizar dicha operación de reiniciación manual del procedimiento de regulación del calor únicamente para un cierto número de veces.

14. Método de control según la reivindicación 12 anterior, caracterizado porque el desgaste de los microrruptores (3;4) utilizado para el procedimiento de regulación del calor se vigila contabilizando el número de veces que dichos microrruptores (3;4) se accionan y porque, cuando se haya rebasado el número predeterminado de activaciones,

- se activa la protección térmica, -al mismo tiempo se desactiva la reiniciación manual del procedimiento de regulación del calor.

15. Método de control según la reivindicación 12 anterior, caracterizado porque cuando uno de los dos relés de seguridad (4) se utiliza para la regulación del calor y en el caso de que dicho relé de seguridad (4) no responda a una orden de apertura,

- el otro relé de seguridad (4) abre inmediatamente, -al mismo tiempo se desactiva la reiniciación manual del procedimiento de regulación del calor.

16. Método de control según la reivindicación 12 anterior, caracterizado porque se vigila el buen desarrollo de las operaciones efectuadas por el sistema de control, y el calentador de agua se apaga si dichas operaciones se consideran incorrectas