Aparato y método para optimizar el funcionamiento de una caldera para calentar agua.

Aparato para optimizar el funcionamiento de una caldera (11) adecuada para calentar agua de una máquina (12) de usuario y que tiene una tubería (17) de suministro,

una tubería (18) de retorno, y un intercambiador (19) de calor que comprende un pared (19a) de intercambio de calor entre el agua que debe calentarse y los humos de combustión, en el que dicho aparato comprende unos medios (13) de bombeo adecuados para hacer circular dicha agua en dicha caldera (11), entre dicha tubería (18) de retorno y dicha tubería (17) de suministro, al menos un primer sensor (16a) de temperatura para detectar una primera temperatura (T1) del agua en dicha tubería (17) de suministro, un segundo sensor (16b) de temperatura asociado a dicha tubería (18) de retorno para detectar una segunda temperatura (T2) del agua en dicha tubería (18) de retorno y unos medios (15, 21) de ajuste asociados a dichos medios (13) de bombeo, para variar de forma selectiva la velocidad de flujo de dichos medios (13) de bombeo en función de la temperatura detectada por al menos uno de o dicho primer sensor (16a) de temperatura o dicho segundo sensor (16b) de temperatura, caracterizado por que dichos medios de ajuste comprenden una unidad (15) de control electrónica provista de una memoria (25) y asociados al menos a dicho primer sensor (16a) de temperatura y a dicho segundo sensor (16b) de temperatura y unos medios (21) para variar la potencia con el fin de variar de forma selectiva las velocidades de flujo de dichos medios (13) de bombeo en función de al menos dichas temperaturas (T1, T2) primera y segunda, detectadas por al menos dicho primer sensor (16a) de temperatura y dicho segundo sensor (16b) de temperatura, configurándose dicha unidad (15) de control electrónica para comparar la diferencia (ΔT) de los valores de dichas temperaturas (T1, T2) primera y segunda con un valor (ΔTmax) de diferencia de temperatura máxima y con un valor (ΔTmin) de diferencia de temperatura mínima predeterminadas y memorizadas en dicha memoria (25) de dicha unidad (15) de control electrónica, y para realizar también una comparación de un valor (Tc) medio real de los valores de dichas temperaturas (T1, T2) primera y segunda con un primer valor (P1) predeterminado en el que poner en marcha los medios (13) de bombeo y con un segundo valor (P2) predeterminado indicativo de la temperatura de la pared (19a) de intercambio de dicho intercambiador (19) de calor de la caldera (11), ambos memorizados en dicha memoria (25).

Aparato y método para optimizar el funcionamiento de una caldera para calentar agua Campo de la invención

La presente invención se refiere a un aparato y a un método para optimizar el funcionamiento de una caldera, o un generador de calor, especialmente del tipo de combustible de biomasa sólido, tal como pellets o semejantes o similares a pellets, unas virutas o un combustible de biomasa sólido similar en forma de partículas, gránulos o similares, para calentar el agua de una máquina de usuario, tal como una planta de calentamiento de tipo doméstico, un depósito para acumular agua u otro.

Antecedentes de la invención

Un aparato para regular una caldera que usa un combustible de biomasa sólido, tal como pellets o semejantes o similares a pellets, unas virutas o un combustible de biomasa sólido similar en forma de partículas, gránulos o similares, para calentar agua, que comprende una bomba para hacer circular el agua, una válvula de tres vías, un dispositivo para regular la potencia térmica de la caldera, un sensor de temperatura en la salida de la caldera, y una unidad de control electrónica conectada al sensor de temperatura.

En general, primero debe considerarse que las calderas que usan los combustibles de biomasa sólidos en cuestión, a diferencia de los quemadores de leña, los quemadores de gas o los quemadores de combustible líquido, tienen un tiempo de encendido y de apagado transitorio muy largo, en el intervalo de media hora; es decir, no tienen un comportamiento de encendido/apagado en el que la generación de calor, y por lo tanto, del calentamiento del agua, sea casi instantáneo. Por el contrario, tienen tiempos de espera largos hasta que alcanzan las condiciones de temperatura normales de funcionamiento, y por lo tanto, en dichos tiempos transitorios, el calentamiento de agua no es óptimo.

Una de las desventajas de este tipo de calderas, que usan combustibles de biomasa sólidos para calentar el agua, unido a los largos tiempos de encendido y apagado descritos anteriormente, es que si el agua está demasiado fría, se forma condensación en la cámara de combustión y las gotas de condensación, junto con los humos de la combustión, provocan compuestos no deseados, tales como el cresol y el alquitrán, que se depositan en las paredes del intercambiador de calor.

Hablando en general, las calderas conocidas comprenden una tubería de suministro, que transporta el agua caliente hacia el exterior, y una tubería de retorno, que devuelve el agua de nuevo dentro de la caldera. La válvula de tres vías está localizada en la tubería de retorno y está conectada, por medio de una tubería de by-pass, a la tubería de suministro, con el fin de mezclar, posiblemente, una cierta cantidad de agua caliente con el agua de retorno. De esta manera, el agua de retorno puede calentarse antes de volver dentro de la caldera. Con el fin de realizar esta mezcla, la válvula se controla mediante la unidad de control electrónica cuando la temperatura detectada por el sensor está por debajo de un valor determinado. Como alternativa, el sistema puede gestionarse mediante un elemento termostático con un punto de ajuste predefinido y constante.

De esta manera, el agua pre-calentada que entra en la caldera permite mantener la pared de intercambio de calor entre el agua y los humos de combustión a una temperatura tal como para evitar la formación de condensación. La condensación, como se ha dicho, que se mezcla con el hollín, formaría cresol y alquitrán que provocaría la formación de incrustaciones y por lo tanto de oclusiones.

La bomba, controlada por la unidad de control electrónica, solo es capaz de funcionar en el llamado modo de encendido/apagado, y por lo tanto se enciende y funciona a la máxima potencia, o se desconecta. La alternancia de estas dos fases de tiempo permite variar la velocidad de flujo del agua caliente enviado a la máquina de usuario y por consiguiente la carga de calor usada de este modo.

Las funciones del aparato conocido de acuerdo con un método, que se proporciona para establecer un valor de referencia de la temperatura del agua, que debe mantenerse posiblemente a la salida de la caldera y precisamente en la tubería de suministro. Si el valor de la temperatura detectada por el sensor de temperatura es inferior a la establecida, la unidad de control electrónica ordena tanto al dispositivo que regule la caldera de manera que se produzca la máxima potencia térmica, como también ordena a la bomba que se encienda. Si, por el contrario, el valor de temperatura detectado por el sensor de temperatura es mayor que o igual al establecido, la unidad de control electrónica ordena a la caldera que se baje automáticamente, o incluso que se apague temporalmente.

Una desventaja del aparato conocido es la presencia de la válvula de tres vías, lo que aumenta las pérdidas de carga hidráulica que la bomba tiene que compensar. Además, el aparato conocido no garantiza que la temperatura del agua en la salida de la válvula de tres vías y en la entrada de la caldera sea lo suficientemente alta como para evitar la formación de condensación en el interior de la caldera.

Otra desventaja es que la bomba hidráulica con un funcionamiento de encendido/apagado aumenta el consumo de energía eléctrica, ya que no puede funcionar, cuando se enciende, en otras condiciones de funcionamiento distintas del máximo. En consecuencia, la bomba no puede transmitir una velocidad de flujo de agua que no sea la máxima.

Otra desventaja es que la detección de un único valor de temperatura no permite regular el funcionamiento de la caldera con precisión, y por lo tanto no es muy adaptable a los diferentes tipos de máquinas de usuario a los que se asocian la caldera. De hecho, con este tipo de gestión, no se proporciona información acerca de lo que ocurre aguas abajo del generador de agua caliente. Se conocen los documentos de la técnica anterior DE-A-19956222, EP-A- 0.816.766, DE-A-102006009047 y DE-C-19710905, que describen en general aparatos de control conocidos aplicables a las calderas para calentar agua asociados con una máquina de usuario, el fin principal de los cuales es garantizar las necesidades de calor de la máquina de usuario y no optimizar el funcionamiento del propio generador de calor.

En particular, el documento DE-A-19956222 describe un aparato de control conocido que proporciona una válvula de by-pass para mezclar una parte de agua caliente a la salida de la tubería de suministro con el agua fría que entra en la caldera desde una tubería de retorno, un sensor de temperatura asociado con la tubería de suministro, un sensor de temperatura asociado con la tubería de retorno y un sensor de temperatura del entorno exterior. El aparato de control conocido usa los datos detectados por los sensores para ordenar el encendido y el apagado de la bomba y del calentador a intervalos específicos de acuerdo con un algoritmo predeterminado.

Los documentos EP-A-0.816.766, DE-A-102006 009047 y DE-C-19710905 describen los aparatos de control similares que proporcionan un sensor de temperatura asociado con la tubería de suministro y un sensor de temperatura asociado con la tubería de retorno y capaces de transmitir señales eléctricas coordinadas asociadas con las temperaturas detectadas, de acuerdo con el funcionamiento de la bomba que se ordena en cada ocasión con el fin de definir una velocidad de flujo de agua deseada.

Uno de los fines de la presente invención es obtener un aparato para el funcionamiento de una caldera usando un combustible de biomasa sólido, tal como pellets o semejantes o similares a pellets, unas virutas o un combustible de biomasa sólido similar en forma de partículas, gránulos o similares, lo que permite evitar la condensación dentro de la caldera de una manera sencilla y segura, y reducir las pérdidas de carga que la bomba tiene que compensar.

Otro fin de la presente invención es obtener un aparato que reduzca el consumo eléctrico de la bomba.

Otro fin de la presente invención es perfeccionar un método de funcionamiento de la caldera que sea exacto, preciso y fácilmente adaptable a los diferentes tipos de máquina de usuario.

El solicitante ha ideado, probado y realizado la presente invención para superar las deficiencias del estado de la técnica y para obtener estos y otros fines y ventajas.

Sumario de la invención

La presente invención se expone y se caracteriza en las reivindicaciones independientes, mientras que las reivindicaciones dependientes describen otras características de la invención o variantes de la idea inventiva principal.

De acuerdo con los fines anteriores, puede usarse un aparato de acuerdo con la presente invención para optimizar el funcionamiento de... [Seguir leyendo]

1. Aparato para optimizar el funcionamiento de una caldera (11) adecuada para calentar agua de una máquina (12) de usuario y que tiene una tubería (17) de suministro, una tubería (18) de retorno, y un intercambiador (19) de calor que comprende un pared (19a) de intercambio de calor entre el agua que debe calentarse y los humos de combustión, en el que dicho aparato comprende unos medios (13) de bombeo adecuados para hacer circular dicha agua en dicha caldera (11), entre dicha tubería (18) de retorno y dicha tubería (17) de suministro, al menos un primer sensor (16a) de temperatura para detectar una primera temperatura (T1) del agua en dicha tubería (17) de suministro, un segundo sensor (16b) de temperatura asociado a dicha tubería (18) de retorno para detectar una segunda temperatura (T2) del agua en dicha tubería (18) de retorno y unos medios (15, 21) de ajuste asociados a dichos medios (13) de bombeo, para variar de forma selectiva la velocidad de flujo de dichos medios (13) de bombeo en función de la temperatura detectada por al menos uno de o dicho primer sensor (16a) de temperatura o dicho segundo sensor (16b) de temperatura, caracterizado por que dichos medios de ajuste comprenden una unidad (15) de control electrónica provista de una memoria (25) y asociados al menos a dicho primer sensor (16a) de temperatura y a dicho segundo sensor (16b) de temperatura y unos medios (21) para variar la potencia con el fin de variar de forma selectiva las velocidades de flujo de dichos medios (13) de bombeo en función de al menos dichas temperaturas (T1, T2) primera y segunda, detectadas por al menos dicho primer sensor (16a) de temperatura y dicho segundo sensor (16b) de temperatura, configurándose dicha unidad (15) de control electrónica para comparar la diferencia (AT) de los valores de dichas temperaturas (T1, T2) primera y segunda con un valor (ATmax) de diferencia de temperatura máxima y con un valor (ATm¡n) de diferencia de temperatura mínima predeterminadas y memorizadas en dicha memoria (25) de dicha unidad (15) de control electrónica, y para realizar también una comparación de un valor (Te) medio real de los valores de dichas temperaturas (T1, T2) primera y segunda con un primer valor (P1) predeterminado en el que poner en marcha los medios (13) de bombeo y con un segundo valor (P2) predeterminado indicativo de la temperatura de la pared (19a) de intercambio de dicho intercambiador (19) de calor de la caldera (11), ambos memorizados en dicha memoria (25).

2. Aparato como en la reivindicación 1, caracterizado por que comprende también un tercer sensor (16c) de temperatura asociado a dicha máquina (12) de usuario.

3. Aparato como en la reivindicación 2, caracterizado por que dicha unidad (15) de control electrónica también está asociada a dicho tercer sensor (16c) de temperatura con el fin de variar de forma selectiva las velocidades de flujo de dichos medios (13) de bombeo en función de al menos dos temperaturas detectadas por al menos dos de cualquiera de dichos sensores (16a, 16b, 16c) de temperatura primero, segundo o tercero.

4. Aparato como en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dichos medios (13) de bombeo están situados en dicha tubería (18) de retorno, antes de dicho segundo sensor (16) de temperatura de acuerdo con la dirección del flujo del agua.

5. Aparato como en la reivindicación 3, caracterizado por que dicha unidad (15) de control electrónica es adecuada también para controlar unos medios (23, 24) de alimentación adecuados para alimentar de forma selectiva un combustible sólido hacia una cámara (22) de combustión de dicha caldera (11) con el fin de ajustar la potencia térmica de dicha caldera (11).

6. Método para optimizar el funcionamiento de una caldera (11) adecuada para calentar el agua de una máquina (12) de usuario y que tiene una tubería (17) de suministro y una tubería (18) de retorno, que comprende una primera etapa en la que se mide una primera temperatura (T1) del agua en dicha tubería (17) de suministro, que comprende una segunda etapa en la que se mide una segunda temperatura (T2) del agua en dicha tubería (18) de retorno y una tercera etapa de ajustar la velocidad de flujo de los medios (13) bombeo adecuada para hacer que dicha agua circule en dicha caldera (11), entre dicha tubería (18) de retorno y dicha tubería (17) de suministro, en función de al menos una de dichas dos temperaturas (T1, T2) medidas en dichas etapas primera y segunda, caracterizado por que dicha tercera etapa comprende una primera sub-etapa de comparar la diferencia (AT) de los valores de dichas temperaturas (T1, T2) con un valor (ATmax) de diferencia de temperatura máxima y con un valor (ATm¡n) de diferencia de temperatura mínima predeterminados y memorizados en una memoria (25) de una unidad (15) de control electrónica conectada a dichos medios (13) de bombeo, y por que dicha tercera etapa comprende también una segunda sub-etapa de comparar un valor (Te) medio real de los valores de dichas temperaturas (T1, T2) con un primer valor (P1) predeterminado en el que se ponen en marcha los medios (13) de bombeo y con un segundo valor (P2) predeterminado indicativo de la temperatura de la pared (19a) de intercambio de un intercambiador (19) de calor de dicha caldera (11), ambos memorizados en dicha memoria (25).

7. Método como en la reivindicación 6, caracterizado por que si se demuestra a partir de dichas comparaciones que dicho valor (Te) medio real es mayor que dicho segundo valor (P2) predeterminado y al mismo tiempo, dicha diferencia (AT) entre dichas dos temperaturas (T1, T2) es menor que dicho valor (ATm¡n) de diferencia de temperatura mínima, entonces dichos medios (13) de bombeo se fabrican para funcionar de manera que su velocidad de flujo sea igual a un valor (Qm¡n) mínimo.

8. Método como en la reivindicación 7, caracterizado por que si se demuestra a partir de dichas comparaciones que dicho valor (Te) medio real es mayor que dicho segundo valor (P2) predeterminado y al mismo tiempo, que dicha diferencia (AT) entre dichas dos temperaturas (T1, T2) es mayor que dicho valor (ATmax) de diferencia de temperatura máxima, entonces dichos medios (13) de bombeo se fabrican para funcionar de manera que su velocidad de flujo sea igual a un valor (Qmax) máximo.

9. Método como en la reivindicación 8, caracterizado por que si se demuestra a partir de dicha comparación que dicho valor (Te) medio real es mayor que dicho segundo valor (P2) predeterminado y al mismo tiempo, que dicha diferencia (AT) entre dichas dos temperaturas (T1, T2) está comprendida entre dicho valor (ATmin) de diferencia de temperatura mínima y dicho valor (ATmax) de diferencia de temperatura máxima, entonces dichos medios (13) de bombeo se fabrican para funcionar de manera que su velocidad de flujo varíe proporcionalmente entre dicho valor (Qmin) mínimo y dicho valor (Qmax) máximo.

10. Método como en la reivindicación 8 o 9, caracterizado por que si se demuestra a partir de dichas comparaciones que dicho valor (Te) medio real es menor que dicho segundo valor (P2) predeterminado y al mismo tiempo mayor que dicho primer valor (P1) predeterminado, entonces dichos medios (13) de bombeo se fabrican para funcionar de manera que su velocidad de flujo varíe proporcionalmente entre dicho valor (Qm¡n) mínimo y dicho valor (Qmax) máximo.

11. Método como en cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado por que si se demuestra a partir de dichas comparaciones que dicho valor (Te) medio real es menor que tanto dicho primero como dicho segundo valores (P1, P2) predeterminados, entonces dichos medios (13) de bombeo se fabrican para funcionar de manera que su velocidad de flujo sea igual a un valor (Qm¡n) mínimo.

12. Método como en la reivindicación 6, caracterizado por que dicha tercera etapa comprende una tercera sub-etapa de comparar el valor de dicha primera temperatura (T1) con un tercer valor (Tw) de temperatura predeterminado, memorizado en una memoria (25) de una unidad (15) de control electrónica.

13. Método como en las reivindicaciones 9 y 12, caracterizado por que si se demuestra a partir de dichas comparaciones que tienen lugar en dichas sub-etapas segunda y tercera que dicho valor (Te) medio real es mayor que dicho segundo valor (P2) predeterminado y al mismo tiempo que dicho valor (T1) de temperatura es diferente de dicho tercer valor (Tw) predeterminado, entonces dichos medios (13) de bombeo se fabrican para funcionar de manera que su velocidad de flujo varíe proporcionalmente entre dicho valor (Qm¡n) mínimo y dicho valor (Qmax) máximo.

14. Método como en cualquiera de las reivindicaciones 6 a 13, caracterizado por que, en dicha tercera etapa, dicha unidad (15) de control electrónica ajusta la potencia térmica de dicha caldera (11) que actúa sobre los medios (23, 24) de alimentación de un combustible sólido hacia una cámara (22) de combustión de dicha caldera (11).

15. Método como en cualquiera de las reivindicaciones 9, 10 o 13, caracterizado por que, en dicha tercera etapa, los medios (15, 21) de ajuste varían la velocidad de flujo de dichos medios (13) de bombeo, de una manera lineal entre dicho valor (Qm¡n) mínimo y dicho valor (Qmax) máximo.