Dispositivo regulador modulante de potencia para utilizar con calderas de gas

Dispositivo regulador modulante de potencia para utilizar con calderas de gas
  • Country: Spain
  • Filing date: 06/06/2015
  • Request number:

    U201530665

  • Publication number:

    ES1140431

  • Grant date: 09/09/2015
  • Status: Concesión
  • Inventors:
    GERMAN MORENO RUIZ
  • Information of the applicant:
    GERMAN MORENO RUIZ
  • Information of the representative:

  • Publication's International Patent Classification:
    F24D 17/00,F23N 5/02,
  • Publication's International Patent Classification:
    F24D 17/00,F23N 5/02
  • Expiration date:

Utility model for "Dispositivo regulador modulante de potencia para utilizar con calderas de gas"

This application has been made by

GERMAN MORENO RUIZ

Seen 6 times
This information is public since it was obtained from the BOPI (Official Bulletin of Industrial Property). According to article 13 of the intellectual property law, the acts and resolutions of public bodies are not subject to intellectual property rights. In addition, according to article 2.b of the data protection law, the consent of the owner of the data is not required to communicate said data to a third party in the case of data collected from sources accessible to the public (the BOPI is a public document).
Claims:
+ ES-1140431_U 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.

The products and services protected by this patent are:
F24D 17/00 - F23N 5/02

Descriptions:
+ ES-1140431_U 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 de alimentación que proporcionará los voltajes adecuados para cada componente del sistema. La centralita dispone de puertos de conexión de alimentación y datos para un total de tres dispositivos, que se describen a continuación: • Sensor de temperatura digital (6) que quedará inmerso en la canalización de salida de agua caliente (3) de la caldera utilizando un racor para sondas de inmersión y un conector adecuado a la canalización Necesita un bus (9) de dos líneas para alimentación, positivo y tierra, de 5V de CC y una línea de datos, que quedará conectada a un puerto de E/S digital del microcontrolador. El flujo de información será unidireccional desde el sensor hacia el microcontrolador. • Válvula motorizada progresiva con control digital de regulación de caudal de gas (5) , en adelante válvula, conectada con los elementos adecuados a la canalización existente de gas (4) que alimenta a los quemadores de la caldera. Para esta realización del invento se considera que el actuador de la válvula será un servomotor digital (5b) , dispositivo similar a un motor de corriente continua, que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de operación, y mantenerse estable en dicha posición. Está compuesto por un motor, una caja reductora y un circuito de control. Su rango de operación por lo normal es 180º o media vuelta. El obturador de la válvula (5a) se moverá solidariamente con el eje del servomotor, produciendo la apertura o cierre del mismo según el sentido de giro del servomotor. El obturador de la válvula es de cuarto de vuelta, por lo que sirven de bola, mariposa o de macho cónico. Necesita un bus (9) de una línea de datos y dos líneas de alimentación, positivo y tierra, por lo general de 12V o 24V de CC. Su línea de control quedará conectada a un puerto digital del microcontrolador. El flujo de información será unidireccional desde el microcontrolador hacia el actuador. • Panel digital de control (8) que contiene una pantalla LCD para mostrar información y una botonera compuesta por cuatro pulsadores, para moverse por los menús e introducir valores. Necesita un bus (9) con dos líneas de alimentación positivo y tierra de 5V CC, y seis líneas de datos, dos de ellas conectadas al puerto del bus I2C del microcontrolador utilizadas por un módulo adaptador a bus I2C que incorpora el LCD, consiguiendo así una reducción muy significativa del número de hilos a usar. Las cuatro líneas restantes corresponden a los cuatro pulsadores con los que cuenta este diseño, y se conectan a puertos digitales del microcontrolador. El flujo de información será bidireccional. Los pulsadores se etiquetarán con los siguientes rótulos: “Menú”, “Subir” o una flecha hacia arriba, “Bajar” o una flecha hacia abajo y “OK”. Se distribuirán en forma de cruz, o en línea. Opcionalmente la centralita dispondrá de un elemento de comunicación inalámbrica bidireccional conectado al microcontrolador permitiendo la integración del sistema con las TICs. Bluetooth o Wifi serían adecuados. El usuario interactúa con el sistema navegando por menús mostrados en el LCD usando los pulsadores del panel de control y que permiten la selección y modificación de parámetros de funcionamiento del sistema así como la entrada de información cuando es requerida. El software implantado en el microcontrolador realiza tres funciones primordiales: • Calibración de la válvula motorizada. Esta tarea se realiza la primera vez que el dispositivo entra en funcionamiento y cada vez que se requiera utilizando los menús del panel de control. El objetivo es capturar los niveles de operación del sistema dentro del rango de operación del servomotor y de la válvula, información 5 necesaria para el normal funcionamiento del sistema del sistema. Tiene dos fases: o Primera. Detección y almacenamiento de las posiciones del servomotor que mueve el obturador de la válvula cuando se producen los niveles máximo y mínimo 10 de flujo de gas hacia la caldera. El nivel máximo se alcanza cuando al abrir el obturador en una fracción, moviendo el servomotor un grado adicional, no se produce aumento de temperatura del agua en (3) . 15 El nivel mínimo se alcanza cuando al activar el motor para cerrar el obturador en un grado adicional, la temperatura en (3) cae por debajo de un valor mínimo consignado, o bien se apagan los quemadores por falta de combustible produciendo un descenso brusco de la temperatura del agua 20 en (3) . Se preferirá método del valor mínimo consignado por razones de eficiencia, excepto si el sistema se usa para adaptar una caldera convencional como caldera de apoyo a una instalación solar térmica. o Segunda. 25 Recorrido del rango de operación del sistema desde la posición del nivel mínimo hasta la posición del nivel máximo grado a grado, para detectar y almacenar las posiciones del obturador, y por lo tanto del motor, en las que la temperatura del agua en (3) se incrementa al menos 1ºC respecto a la posición de referencia anterior. 30 Junto a cada posición del motor que cumpla la condición se almacena el incremento de temperatura que se produce respecto a la posición precedente que también cumple la condición, obteniendo así una tabla cuyos datos se utilizarán para situar el motor (5b) en la posición en la que 35 el obturador (5a) tenga la apertura adecuada para conseguir una buena aproximación a la temperatura consignada en a la salida de la caldera (3) . • Alcanzar la temperatura de consigna en el menor tiempo posible, para lo que se aplica el algoritmo que se describe a continuación: En todo momento conocemos la temperatura en el punto de inserción del sensor (6) y la posición del motor (5b) que es equivalente a la del obturador de la válvula (5a) . Buscamos dicha posición del motor en la tabla y nos quedamos con el valor más próximo en caso de no encontrarlo. A partir de ahí sumamos o restamos los incrementos de temperatura registrados en la calibración, hasta conseguir el valor más próximo al consignado. Una vez calculado situamos el motor en la posición del último incremento que hemos considerado. De esta forma conseguimos una temperatura en (3) muy cercana a la consignada. A partir de ahí moverá grado a grado el servomotor dando la apertura adecuada al obturador de la válvula y monitorizando el sistema para adecuarlo a los cambios en el momento que se produzcan. • Gestionar la información de entrada y salida del sistema, lo que comprende la interacción con el usuario, gestión del almacenamiento permanente y la 20 comunicación con otros dispositivos. Cuando no hay interacción con el usuario, se presenta en pantalla la temperatura actual recogida por el sensor (6) y la temperatura de consigna. Al presionar el pulsador etiquetado como menú se muestra el texto de la primera opción del menú principal. La acción mostrada se ejecuta al presionar el pulsador etiquetado como OK. La opción mostrada se cambia presionando los pulsadores de Arriba y Abajo. Si no se quiere hacer nada basta con volver a presionar la tecla menú para regresar al menú anterior o a la pantalla principal según el caso. Es deseable que el software sea capaz de gestionar usuarios, recordando la preferencia de temperatura de cada uno. Por tanto debe ser capaz de dar altas, bajas, actualizaciones y selección de usuarios y sus preferencias. Los datos de la tabla de incrementos de temperatura así como el de la temperatura de consigna se almacenan en la memoria flash o de programa del microcontrolador si tiene la capacidad suficiente. En otro caso habrá de recurrir a memoria externa como una tarjeta microSD. En la Figura 2 se muestra el esquema eléctrico real con componentes reales que se pueden 5 encontrar fácilmente en el mercado con los que se puede implementar una realización simple del invento. Podemos observar claramente la implementación de cada módulo: • Centralita (14) compuesta por una placa de una conocida plataforma de código abierto con un microcontrolador ATMega328 (14a) y un modulo opcional de 10 memoria flash MicroSD (14b) . • Panel de control (15) implementado con un LCD 16x2 (15a) , un adaptador I2C LCM1602 (15b) para el LCD y minimizar así el número de líneas a usar, y una botonera (15c) compuesta por cuatro pulsadores normalmente abiertos con una resistencia de 10 KΩ conectada a tierra por cada uno, delimitado como un bloque (15) que identifica el módulo. • El sensor de temperatura (16) empleado para la implementación es un sensor digital DS18B20 de inmersión impermeable con cabeza de acero inoxidable, con 20 la resistencia de 4, 7 KΩ necesaria. • El actuador (17) es un servomotor digital progresivo de al menos 60º de giro, que moverá el obturador de la válvula que se quiera emplear, pudiendo conseguir los elementos de la válvula motorizada por separado. • La fuente de alimentación se colocará preferentemente en la centralita y deberá aportar 5V a un mínimo de 500mA para alimentar la centralita, el panel de control y el sensor. Deberá aportar también la tensión requerida por el servomotor que dependerá del mismo, pudiendo ser 7, 5V, 12V o 24V en corriente continua y 220V en corriente alterna. La tierra será común para todos los componentes de todos los módulos, excepto si el servomotor es de 220V, que no se recomienda.

Publications:
ES1140431 (24/06/2015) - U Solicitud de modelo de utilidad
ES1140431 (15/09/2015) - Y Modelo de utilidad

Events:
On the date 06/06/2015 3101U_Registro Instancia Solicitud took place
On the date 07/06/2015 Admisión a Trámite took place
On the date 07/06/2015 1001U_Comunicación Admisión a Trámite took place
On the date 17/06/2015 Continuacion del Procedimiento y Publicación Solicitud took place
On the date 24/06/2015 Publicación Continuación del Procedimiento y Solicitud took place
On the date 24/06/2015 Publicación Folleto Publicación took place
On the date 09/09/2015 Concesión took place
On the date 15/09/2015 Publicación Concesión Modelo Utilidad took place
On the date 30/12/2015 Entrega Titulo Modelo took place

Payments:
03/10/2015 - Pago Tasas Concesión
05/06/2018 - Pago 03 Anualidad
04/11/2019 - Pago 05 Anualidad

Information on the registration of utility model by Dispositivo regulador modulante de potencia para utilizar con calderas de gas with the number U201530665

The registration of utility model by Dispositivo regulador modulante de potencia para utilizar con calderas de gas with the number U201530665 was requested on the 06/06/2015. It is a record in Spain so this record does not offer protection in the rest of the countries. The registration Dispositivo regulador modulante de potencia para utilizar con calderas de gas with the number U201530665 was requested by GERMAN MORENO RUIZ. The registration of [modality] by Dispositivo regulador modulante de potencia para utilizar con calderas de gas with the number U201530665 is classified as F24D 17/00,F23N 5/02 according to the international patent classification.

Other inventions requested by GERMAN MORENO RUIZ

It is possible to know all the inventions requested by GERMAN MORENO RUIZ, among which is the record of utility model by Dispositivo regulador modulante de potencia para utilizar con calderas de gas with the number U201530665. If you want to know more inventions requested by GERMAN MORENO RUIZ click here.

Other inventions requested in the international patent classification F24D 17/00,F23N 5/02.

It is possible to know inventions similar to the field of the technique concerned. The registration of utility model by Dispositivo regulador modulante de potencia para utilizar con calderas de gas with the number U201530665 is classified with the classification F24D 17/00,F23N 5/02 so if you want to know more records with the classification F24D 17/00,F23N 5/02 click here.

Patents in Spain

It is possible to know all the inventions published in Spain, among which the registration utility model by Dispositivo regulador modulante de potencia para utilizar con calderas de gas. Our website www.patentes-y-marcas.com offers access to patent publications in Spain. Knowing the patents registered in a country is important to know the possibilities of manufacturing, selling or exploiting an invention in Spain.