Dispositivo regulador modulante de potencia para utilizar con calderas de gas.

1. Dispositivo modulador de potencia progresivo para utilizar con calderas de gas,

con fuente de alimentación propia que proporciona los voltajes adecuados a sus elementos, caracterizado por ser externo e independiente de la caldera (1) y contener un sistema de sensor (6) - microcontrolador (7) - actuador (5), que permite obtener a la salida (3) de la caldera (1), agua caliente sanitaria a la temperatura consignada en el dispositivo, sin la necesidad de tener que mezclar con agua fría y sin tener que realizar modificaciones a la caldera (1), dosificando la cantidad de combustible que entra a la caldera (1) con una válvula motorizada progresiva con control digital (5) situada en la canalización de gas que alimenta a los quemadores de la caldera y gobernada por el microcontrolador (7), que la acciona en función de la lectura enviada por el sensor de temperatura (6) inmerso en, o en contacto con la misma canalización de agua caliente a la que se conecta la salida de la caldera (3), manteniendo estable la temperatura del agua a la salida (3) de la caldera independientemente de la temperatura del agua a la entrada (2) y del caudal demandado.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por disponer de un panel de control (8) con pantalla y teclado o botonera conectado directamente al microcontrolador (7) por cable (9), a través del cual el usuario puede seleccionar modificar y almacenar los parámetros de funcionamiento del sistema, navegando por los menús que ofrece en la pantalla.

3. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por disponer el microcontrolador (7) de un dispositivo de comunicación inalámbrica que permita la comunicación bidireccional con otros dispositivos como computadores y teléfonos inteligentes(12), permitiendo el control remoto del dispositivo y la integración con las TICs que son las siglas de Tecnologías de la Información y Comunicación (11).

4. Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado por disponer de uno o más paneles de control (10) con pantalla, teclado o botonera, dispositivo de comunicación inalámbrica gobernado por microcontrolador y estar dotado de protección contra el agua para ser instalado en las zonas de ducha, baño u otra zona donde se pueda mojar el dispositivo, capaz de establecer un enlace de comunicación inalámbrica con el microcontrolador (7), permitiendo operar el dispositivo remotamente.

5. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por disponer de una segunda sonda de temperatura (13) conectada al microcontrolador (7), inmersa o en contacto con la canalización de agua fría a la entrada de la caldera (2) para lograr una respuesta más rápida del microcontrolador (7) al recibir lecturas de temperatura que permitan detectar variaciones de temperatura a la entrada (2) previas al calentamiento del agua pudiendo adecuar el flujo de combustible anticipadamente, aumentando la eficacia del sistema.

Título.

Dispositivo regulador modulante de potencia para utilizar con calderas de gas.

Sector de la técnica.

La presente invención se encuadra en el sector de la producción de agua caliente de uso doméstico y calefacción, más concretamente se refiere a un dispositivo doméstico externo e independiente capaz de regular de forma continua la potencia de cualquier caldera de gas para obtener, a la salida de la misma, agua caliente a la temperatura que se desee sin necesidad de mezclarla con agua fría.

Estado de la técnica Es sabido que en la producción de agua caliente sanitaria (en adelante ACS) y para calefacción, una de los sistemas empleados tanto por su rendimiento calorífico como por su coste económico son calderas de combustión que utilizan como combustible hidrocarburos gaseosos como son el gas natural y los gases licuados procedentes del petróleo (Butano, Propano y sus mezclas) .

Las calderas calientan el agua u otro fluido caloportador mediante la combustión de gas en sus quemadores, pasando los gases de la combustión a alta temperatura por un intercambiador de calor formado por un serpentín de cobre u otro metal por el que circula el agua que entra a la caldera, produciéndose la transferencia de calor.

El rendimiento de la caldera viene dado por la relación entre la energía del combustible y la energía aprovechada por la caldera.

Comercialmente se asigna un máximo de cuatro estrellas a las que mejor rendimiento ofrecen (más eficientes) y una estrella a las de menor rendimiento energético.

Uno de los factores que hacen que una caldera tenga un mejor o peor rendimiento es que disponga de un sistema de regulación de potencia. Pueden disponer de otros sistemas como es el caso de las calderas de condensación, que aprovechan el calor residual de los

gases de combustión.

Los sistemas de regulación de potencia que incorporan algunas calderas son de tres tipos principales:

• Regulación todo/nada: Los quemadores se encienden o apagan cuando se sobrepasa un valor de consigna. Mientras el quemador está encendido funciona a máxima potencia. Suelen estar controlados por un termostato que mide la temperatura ambiente en el caso de calefacción. Es el sistema de regulación más antiguo y menos eficiente, debido a los continuos encendidos / apagados de los quemadores de la caldera ocasionando muchas pérdidas.

• Regulación por escalones: La emisión calorífica de los quemadores se regula de forma automática en varios escalones o puntos previamente fijados, adecuándolo a las necesidades, sin llegar a interrumpir la combustión. Un ejemplo es un primer escalón al 50%, un segundo al 75% y un tercer escalón al 100% de potencia. Este sistema es más eficiente que el anterior ya que evita las pérdidas por múltiples encendidos de la caldera, pero no es una regulación continua.

• Regulación modulante: La emisión calorífica de los quemadores se regula de forma continua, con una válvula motorizada proporcional controlada digitalmente, entre los valores máximos y mínimos de la caldera, adecuándola a las necesidades reales de cada momento. Es el sistema más eficiente y moderno.

Estos sistemas de regulación se encuentran integrados en la caldera, de manera que, en general, no es posible dotar de un sistema de regulación a una caldera que no disponga de él y en el caso particular de que sea posible, se trata de accesorios o ampliaciones dependientes totalmente del fabricante y el modelo de la caldera con un coste elevado.

Una caldera que no dispone de un sistema de regulación de potencia calienta el agua a una temperatura mucho más elevada de la que se va a utilizar, y que es del orden de los 60-80 ºC, por lo que se hace necesario mezclarla con agua fría para alcanzar la temperatura de consumo. Esto supone un gasto energético y de agua superior al que se produciría si la caldera calentara el agua directamente a la temperatura de consumo sin necesidad de mezclar con fría.

Una cantidad muy importante de las calderas instaladas en la actualidad son de producción instantánea, lo que quiere decir que el agua se calienta en el momento que se necesita y no constan de sistemas de regulación de potencia, o si lo tienen es manual.

El presente invento permite dotar de un sistema de regulación continuo, modulante de potencia, a cualquier caldera, sin hacerle modificación alguna, obteniendo ACS y calefacción a la temperatura que desee el usuario, sin tener que mezclar con agua fría, con el consiguiente ahorro de agua y energía y por ende con menor contaminación por las menores emisiones.

Explicación La invención se trata de un dispositivo mecatrónico, que contiene como mínimo, los siguientes elementos:

• Un microcontrolador.

• Un sensor de temperatura, preferiblemente de inmersión con racor para acople en tubería.

• Un actuador válvula motorizada progresiva con control digital de paso de gas, 20 controlada por el microcontrolador, con sus elementos de montaje.

• Un dispositivo de interfaz humana o panel digital de control.

• Una fuente de alimentación.

• Software de control.

• Elementos necesarios para la interconexión de los componentes.

El dispositivo recoge continuamente la temperatura del agua o fluido caloportador que circula por la tubería o conducción de salida de la caldera Ts , y la compara con la temperatura de consumo que se desea obtener Tc y que se ha consignado previamente.

Si la temperatura de salida de la caldera es más baja que la consignada, el microcontrolador activa el motor de la válvula de paso de gas para que abra su obturador en proporción a ∆T = Tc -Ts, produciendo un aumento de caudal de combustible hacia la caldera. El microcontrolador seguirá analizando la temperatura hasta que Ts se estabilice. Si una vez estabilizada Ts sigue siendo inferior a Tc repite la operación.

Si la temperatura Ts es superior a Tc el proceso es similar al anterior pero activando el motor

de la válvula para cerrar su obturador proporcionalmente a ∆T = Ts -Tc disminuyendo el flujo de combustible hacia los quemadores.

Cuando se alcanza la temperatura de consumo, el microcontrolador sigue analizando la 5 temperatura Ts para corregir posibles variaciones. En este estado se establece un pequeño margen de variación de Ts antes de volver a actuar.

La modulación se realiza de forma automática, adaptando la potencia de la combustión a la temperatura de entrada del agua a la caldera y al caudal de agua demandado,

manteniendo estable la temperatura de consumo a la salida de la caldera. Esta característica hace que una caldera estándar pueda utilizarse como caldera de apoyo a sistemas solares térmicos de agua caliente y calefacción, lo cual es un valor añadido a la invención.

La temperatura de consumo se consigna en el microcontrolador como parámetro fijo al instalar su software o sirviéndose de un panel digital de control, el cual está conectado con el microcontrolador, que también proporciona información de la temperatura a la salida de la caldera y otros datos y funciones de interés ofrecidas como pantallas de información y opciones de menús.

Los elementos del sistema están alimentados por la fuente de alimentación la cual debe proporcionar diferentes voltajes, dependiendo de las características de los componentes del sistema. Por lo general serán necesarios voltajes de 3, 3V, 5V y 12V o 24V.

Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 muestra un esquema modular de un posible modo de realización básica de la invención en una instalación de caldera existente que corresponden a los elementos numerados como (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) , así como elementos adicionales avanzados de integración con las Tecnologías de la Información y Comunicación correspondientes a las los elementos (10, 11, 12, 13) .

La Figura 2 muestra un esquema eléctrico de una realización simplificada de la invención con componentes comerciales. El conexionado y los valores de los componentes que se muestran corresponden a un circuito real, para la realización por cualquier persona.

Realización de la Invención La realización que se describe a continuación corresponde a la configuración más sencilla del sistema, omitiendo la descripción de elementos más avanzados que pueden agregarse 5 posteriormente y que se mencionan en las reivindicaciones.

En la Figura 1 se observa una disposición de los elementos del sistema partiendo de una instalación existente de una caldera (1) de ACS a gas.

Situamos una centralita (7) compuesta por un microcontrolador y una fuente...

1. Dispositivo modulador de potencia progresivo para utilizar con calderas de gas, con fuente de alimentación propia que proporciona los voltajes adecuados a sus elementos, caracterizado por ser externo e independiente de la caldera (1) y contener un sistema de sensor (6) - microcontrolador (7) - actuador (5), que permite obtener a la salida (3) de la caldera (1), agua caliente sanitaria a la temperatura consignada en el dispositivo, sin la necesidad de tener que mezclar con agua fría y sin tener que realizar modificaciones a la caldera (1), dosificando la cantidad de combustible que entra a la caldera (1) con una válvula motorizada progresiva con control digital (5) situada en la canalización de gas que alimenta a los quemadores de la caldera y gobernada por el microcontrolador (7), que la acciona en función de la lectura enviada por el sensor de temperatura (6) inmerso en, o en contacto con la misma canalización de agua caliente a la que se conecta la salida de la caldera (3), manteniendo estable la temperatura del agua a la salida (3) de la caldera independientemente de la temperatura del agua a la entrada (2) y del caudal demandado.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por disponer de un panel de control (8) con pantalla y teclado o botonera conectado directamente al microcontrolador (7) por cable (9), a través del cual el usuario puede seleccionar modificar y almacenar los parámetros de funcionamiento del sistema, navegando por los menús que ofrece en la pantalla.

3. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por disponer el microcontrolador (7) de un dispositivo de comunicación inalámbrica que permita la comunicación bidireccional con otros dispositivos como computadores y teléfonos inteligentes(12), permitiendo el control remoto del dispositivo y la integración con las TICs que son las siglas de Tecnologías de la Información y Comunicación (11).

4. Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado por disponer de uno o más paneles de control (10) con pantalla, teclado o botonera, dispositivo de comunicación inalámbrica gobernado por microcontrolador y estar dotado de protección contra el agua para ser instalado en las zonas de ducha, baño u otra zona donde se pueda mojar el dispositivo, capaz de establecer un enlace de comunicación inalámbrica con el microcontrolador (7), permitiendo operar el dispositivo remotamente.

5. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por disponer de una segunda sonda de temperatura (13) conectada al microcontrolador (7), inmersa o en contacto con la canalización de agua fría a la entrada de la caldera (2) para lograr una respuesta más rápida del microcontrolador (7) al recibir lecturas de temperatura que permitan detectar variaciones de temperatura a la entrada (2) previas al calentamiento del agua pudiendo adecuar el flujo de combustible anticipadamente, aumentando la eficacia del sistema.