ES2311890T3 - Dispositivo de gestion de flujo en unidades de calefaccion combinadas para agua sanitaria y para estancias y unidad decaldera para calefaccion combinada de agua sanitaria y de estancias. - Google Patents

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Abstract

Unidad de caldera que comprende un primer circuito para calentar un fluido caloportador destinado a ser enviado a un sistema de calefacción (17) para estancias y un segundo circuito para calentar agua sanitaria destinada a ser enviada a puntos de consumo de agua sanitaria (16), comprendiendo dicho primer circuito un intercambiador térmico primario (14) para calentar el fluido caloportador y comprendiendo dicho segundo circuito un intercambiador térmico secundario (21) para calentar el agua sanitaria, comprendiendo además la unidad de caldera unos medios (22, 23) para desviar de dicho primer circuito una fracción del flujo del fluido caloportador para enviarla al intercambiador térmico secundario (21), caracterizada porque dicha unidad de caldera comprende además un dispositivo medidor de flujo (24) conectado para medir el flujo demandado de agua sanitaria caliente, estando controlados dichos medios de desviación (22, 23) por un medio de mando (26) conectado al dispositivo medidor de flujo (24) para regular la cantidad de dicha fracción en función de la demanda medida de flujo de agua sanitaria.

Description

Dispositivo de gestión de flujo en unidades de calefacción combinadas para agua sanitaria y para estancias y unidad de caldera para calefacción combinada de agua sanitaria y de estancias.
La presente invención se refiere a un dispositivo para la gestión de flujos de calefacción en unidades de calefacción combinadas para agua sanitaria y estancias que permite optimizar el aprovechamiento de la potencia térmica de una caldera. De manera más general, la presente invención se refiere a una caldera para calentar agua sanitaria y estancias de forma combinada.
Es conocida en la técnica anterior la realización de sistemas de calefacción que aprovechan la potencia térmica de una caldera de combustión tanto para calentar las estancias de una vivienda como para calentar el agua sanitaria destinada a su uso por ejemplo en duchas, bañeras u otros. Estos sistemas de calefacción comprenden enfrente de la caldera un intercambiador térmico primario atravesado por el fluido caloportador (por ejemplo agua) diseñado para circular bajo el empuje de una bomba de recirculación al efecto en radiadores dispuestos en las estancias que se deben calentar. Sobre el tubo de suministro del fluido caloportador que sale de la caldera está dispuesta una válvula conmutadora de flujo capaz de suministrar el fluido caliente a un intercambiador térmico secundario como alternativa a los radiadores. El intercambiador térmico secundario permite el calentamiento del agua sanitaria destinada a ser suministrada a los elementos sanitarios de la vivienda al extraer el calor directamente del fluido caloportador del sistema de calefacción y con ello aprovechar la potencia térmica de la caldera.
Pero la válvula de tres vías de los sistemas de la técnica anterior es incapaz de dividir los flujos de fluido caliente mediante la distribución de los flujos de calor entre el circuito de los radiadores y el del intercambiador térmico secundario. Efectivamente, la válvula está controlada por una lógica binaria y puede tener tan sólo dos configuraciones extremas, a saber, una para alimentar los radiadores (cuando los puntos de consumo domésticos no necesitan el agua sanitaria) y una para alimentar el intercambiador térmico secundario (cuando sí se requiere el agua sanitaria). El comando de "conmutación" de la válvula es generado por un medio de mando apropiado cuando un sensor de flujo mínimo al efecto montado en el tubo del agua sanitaria percibe una cierta demanda de agua sanitaria caliente, por ejemplo, de 2,5 l/m.
Este tipo de sistema de calefacción permite por una parte el aprovechamiento de la potencia térmica de la caldera con un doble propósito (calentamiento del ambiente doméstico y del agua sanitaria), pero por otra parte da como resultado a menudo un desaprovechamiento considerable de la potencia. Efectivamente, cuando se produce una demanda mínima de agua sanitaria, se detiene el calentamiento de los radiadores de la vivienda mientras se emplea toda la potencia térmica excesiva disponible para calentar una pequeña cantidad de agua.
El documento GB-A-1529680 da a conocer un sistema de calefacción en el que la válvula de tres vías es accionada en respuesta a la medición de la temperatura del agua sanitaria efectuada por un sensor de temperatura dispuesto en el circuito del agua sanitaria.
El objetivo general de la presente invención es remediar los inconvenientes expuestos anteriormente proporcionando un dispositivo de calefacción mixto para las estancias de la vivienda y el agua sanitaria al permitir la optimización del aprovechamiento de la potencia térmica disponible en cada situación de funcionamiento del sistema de calefacción.
A la vista de este objetivo, se buscó proporcionar de acuerdo con la presente invención una unidad de caldera según se reivindica en la reivindicación 1.
También de acuerdo con la presente invención se busca realizar un dispositivo para la gestión de los flujos en las unidades de calefacción combinadas para agua sanitaria y estancias destinado a ser colocado entre un intercambiador térmico primario para la transferencia de calor a un fluido caloportador y un sistema de calefacción del ambiente doméstico atravesado por dicho fluido caloportador, teniendo dicho dispositivo las características expuestas en la reivindicación 8.
Para aclarar la explicación de los principios innovadores de la presente invención y sus ventajas en comparación con la técnica anterior, se describe a continuación con la ayuda de los dibujos adjuntos una posible forma de realización a título de ejemplo no limitativo que aplica dichos principios. En los dibujos:
la Figura 1 muestra un diagrama de principio del sistema de calefacción de acuerdo con la presente invención;
la Figura 2 muestra una vista en perspectiva del dispositivo de calentamiento mixto de acuerdo con la presente invención;
la Figura 3 muestra una vista lateral del dispositivo de la Figura 2 con algunas partes en sección; y
la Figura 4 muestra una vista en perspectiva del dispositivo de la Figura 2 con algunas partes suprimidas.
Con referencia a las figuras, la Figura 1 muestra un sistema de calefacción 11 realizado de acuerdo con la presente invención. Dicho sistema de calefacción comprende un intercambiador térmico primario 14 apropiado para calentar un fluido caloportador y un sistema de calefacción 17 para las estancias de la vivienda atravesado por dicho fluido caloportador. El sistema de calefacción 17 puede comprender por ejemplo una serie de radiadores según la técnica anterior. El fluido caloportador puede ser, ventajosamente, agua. Cabe señalar que la expresión "estancias" no significa forzosamente las estancias de una vivienda, sino incluso estancias empleadas como oficinas.
El intercambiador térmico primario 14 y el sistema de calefacción 17 están en comunicación a través de un ramal suministrador de agua 19 y un ramal de retorno de agua 18 del fluido caloportador. El intercambiador térmico 14 aprovecha la potencia térmica generada por una fuente de calor 13 (por ejemplo una caldera) para calentar el fluido caloportador. Ventajosamente, el intercambiador térmico 14 es un intercambiador de agua y gases diseñado para transferir el calor de los gases calientes de la caldera al agua que fluye en los ramales de agua 18, 19.
De acuerdo con la presente invención, entre el intercambiador térmico primario 14 y el sistema de calefacción 17 está insertado un dispositivo 12 para la gestión de los flujos de calor de la unidad de caldera. Dicho dispositivo 12 está situado también entre una red externa de agua 15 y unos puntos de consumo de agua sanitaria 16 puestos en comunicación a través de un ramal de agua sanitaria 28.
El dispositivo 12 comprende una válvula de 3 vías 22 montada en el ramal de suministro 19 de acuerdo con lo que se muestra en el diagrama de principios de la Figura 1. Dicha válvula comprende una entrada que recibe el fluido caloportador caliente transferido por el tramo 19a del ramal de suministro 19 que une el intercambiador térmico primario 14 con el dispositivo 12. La válvula 22 está provista de dos salidas, una de las cuales está conectada al tramo 19b del ramal de suministro que conecta el dispositivo 12 al sistema de calefacción 17 mientras la otra alimenta un ramal de desviación de agua 27 incluido en el dispositivo 12. Dicho ramal de desviación 27 termina después como afluente en el ramal de retorno 18 como se muestra. Cabe señalar que la válvula de 3 vías 22 es una válvula accionada por el motor 23 y es capaz de distribuir según varias proporciones el flujo de fluido caloportador entre el ramal de desviación 27 y el ramal de suministro 19b en función de la configuración que adopte bajo el efecto del motor.
El dispositivo 12 comprende asimismo un tramo intermedio 28c del ramal de agua sanitaria 28 incluido entre un tramo inicial 28a que une la red de agua 15 al dispositivo 12 y un tramo final 28b que une el dispositivo 12 a los puntos de consumo finales 16 del agua sanitaria. El tramo del ramal de agua sanitaria 28c realiza conjuntamente con el ramal de desviación 27 un intercambiador térmico secundario 21. Se calienta el agua sanitaria por el intercambiador 21.
Ventajosamente en el intercambiador 21 la corriente de fluido caloportador fluye a contracorriente con respecto al flujo de agua sanitaria como se muestra en la figura.
El dispositivo 12 de acuerdo con la presente invención comprende asimismo un dispositivo medidor del flujo de agua sanitaria 24. Dicho dispositivo medidor 24 está dispuesto en el ramal de agua sanitaria inmediatamente corriente arriba del intercambiador térmico 21 y está conectado al medio de mando 26 para proporcionarle una señal de flujo. El medio de mando 26 está conectado también al motor 23 diseñado para accionar la válvula de 3 vías 22. De acuerdo con la presente invención, la válvula 22 viene regulada en el estrangulamiento de los flujos del fluido caloportador caliente que permiten que fluya la cantidad de caudal de agua sanitaria demandada por el punto de consumo. Por ejemplo, podría regularse para permitir un flujo en el ramal de desviación 27 virtualmente proporcional al flujo de agua en el ramal de agua sanitaria 28. De esta manera se aseguraría un calentamiento siempre adecuado del agua a los puntos de consumo sanitarios sin malgastar la potencia térmica generada por la caldera o interrumpir el calentamiento de los radiadores del sistema de calefacción 17.
De acuerdo con una forma de realización preferida de la presente invención, el dispositivo comprende asimismo una bomba de recirculación 20 montada en el ramal de retorno 18 del fluido caloportador. La bomba 20 está dispuesta ventajosamente opuesta a un tramo del ramal de retorno 18c dentro del dispositivo 12 e incluida entre un tramo del ramal de retorno 18b que une el sistema de calefacción 17 al dispositivo 12 y un tramo del ramal de retorno 18a que une el dispositivo 12 al intercambiador térmico primario 14.
Como se muestra en el diagrama de la Figura 1, la bomba 20 está en serie con el intercambiador primario 14 y está precedida corriente arriba por un sensor 25 de flujo mínimo incluido también en el dispositivo 12. El sensor 25 de flujo mínimo está conectado al medio de mando 26. Cuando el sensor 25 detecta un determinado flujo (por ejemplo de 10 a 20 l/m) los quemadores de la caldera 13 funcionan correctamente. Cuando el flujo del fluido caloportador al intercambiador primario 14 cae por debajo de un determinado umbral el medio de mando comanda la interrupción de la generación de calor para evitar el recalentamiento excesivo del intercambiador 14 y que quede dañado.
De acuerdo con una forma de realización de la presente invención, el dispositivo 12 comprende asimismo un conducto de derivación 30 dispuesto en paralelo con el ramal de desviación 27. Dicho ramal de derivación 30 tiene la función de asegurar un flujo mínimo del fluido caloportador para permitir mantener la caldera funcionando aun cuando el flujo en los radiadores 17 es relativamente bajo. Esta situación puede producirse por ejemplo cuando el estrangulamiento causado por los soportes de los radiadores impone una reducción substancial del flujo del fluido caloportador en el sistema de calefacción.
La Figura 2 muestra el dispositivo 12 de acuerdo con la presente invención. Como se puede apreciar, dicho dispositivo 12 está constituido por un bloque unitario en el que están ensamblados todas las partes componentes. Comprende dos conexiones 119a y 119b destinadas a conectarse respectivamente a los ramales de suministro 19a y 19b del fluido caloportador. La válvula 22 está dispuesta ventajosamente entre las dos conexiones mencionadas anteriormente y está conectada al motor impulsor 23. El dispositivo 12 comprende asimismo dos conexiones 118a y 118b destinadas a conectarse respectivamente a los ramales de retorno 18a y 18b. Preferentemente, la bomba de recirculación 20 está dispuesta entre las dos conexiones 118a y 118b. El dispositivo comprende asimismo dos conexiones para el agua sanitaria, a saber, una conexión 128a para la entrada del agua sanitaria y una conexión 128b para la salida de ésta.
Delante de la conexión de entrada 128a se encuentra el sensor 24 de flujo mínimo de agua sanitaria. En una posición central el dispositivo 12 comprende el intercambiador térmico secundario 21 provisto de una carcasa de forma casi idéntica a la de un paralelepípedo. Dicho intercambiador térmico secundario 21 pertenece a la técnica anterior y por lo tanto no se describe con mayor detalle. En paralelo con el intercambiador 21 se encuentra el conducto de derivación 30.
La Figura 3 muestra una vista en sección lateral del cuerpo de la válvula 22. Dicha válvula 22 comprende un cuerpo activo 31 que se desplaza horizontalmente por un árbol 32 conectado al motor 23. Cuando está en su posición extrema desplazada a la izquierda como en la figura el cuerpo 31 impide el paso del fluido caloportador de la entrada 22a (alimentada del ramal de suministro 19a) a la salida 22b (conectada al ramal de suministro 19b) de la válvula 22. Cuando es desplazado a la derecha (configuración no mostrada en la figura) el cuerpo 31 impide el paso del fluido a través de la salida 35 que alimenta el ramal de desviación 27 y el intercambiador térmico 21. En las posiciones intermedias, el cuerpo 31 permite el estrangulamiento de las corrientes mientras distribuye el fluido caloportador de manera que se optimiza el aprovechamiento de la potencia térmica de la caldera.
Se debe señalar también en la Figura 3 la válvula antirretorno 33 dispuesta en la entrada del tubo de derivación 30 de acuerdo con las técnicas conocidas en el campo de los sistemas de calefacción.
La Figura 4 muestra una vista en perspectiva del dispositivo 12 del cual se han suprimido ciertas partes. En particular, se debe observar el dispositivo medidor 24 del flujo de agua sanitaria que comprende una turbina 41 dispuesta en el ramal de agua sanitaria 28 cerca de la conexión de entrada de agua sanitaria 128a. La turbina 41 gira a una velocidad que depende del caudal del agua. Está acoplada a un sensor 40 capaz de enviar una señal de medición de flujo al medio de mando 26 para comandar apropiadamente el accionamiento de la válvula de 3 vías 22.
Resulta evidente ahora que se han alcanzado los objetivos de la presente invención. Efectivamente, se ha realizado un dispositivo (y de forma más general una unidad de caldera) para el calentamiento mixto de estancias y agua sanitaria que permite la optimización de la potencia térmica suministrada por una caldera a la vez que envía al intercambiador térmico secundario del agua sanitaria sólo la cantidad de fluido caloportador necesaria y esta acción evita la interrupción del calentamiento de los radiadores cada vez que existe una demanda de agua caliente por parte de los puntos de consumo del agua sanitaria.

Claims (21)

1. Unidad de caldera que comprende un primer circuito para calentar un fluido caloportador destinado a ser enviado a un sistema de calefacción (17) para estancias y un segundo circuito para calentar agua sanitaria destinada a ser enviada a puntos de consumo de agua sanitaria (16), comprendiendo dicho primer circuito un intercambiador térmico primario (14) para calentar el fluido caloportador y comprendiendo dicho segundo circuito un intercambiador térmico secundario (21) para calentar el agua sanitaria, comprendiendo además la unidad de caldera unos medios (22, 23) para desviar de dicho primer circuito una fracción del flujo del fluido caloportador para enviarla al intercambiador térmico secundario (21), caracterizada porque dicha unidad de caldera comprende además un dispositivo medidor de flujo (24) conectado para medir el flujo demandado de agua sanitaria caliente, estando controlados dichos medios de desviación (22, 23) por un medio de mando (26) conectado al dispositivo medidor de flujo (24) para regular la cantidad de dicha fracción en función de la demanda medida de flujo de agua sanitaria.
2. Unidad de caldera según la reivindicación 1, caracterizada porque dichos medios de desviación (22, 23) comprenden una válvula proporcional de 3 vías motorizada.
3. Unidad de caldera según la reivindicación 1, caracterizada porque dicho dispositivo medidor de flujo (24) comprende una turbina (41) dispuesta en dicho segundo circuito.
4. Unidad de caldera según la reivindicación 1, caracterizada porque el fluido caloportador es agua.
5. Unidad de caldera según la reivindicación 4, caracterizada porque el intercambiador primario (14) es un intercambiador térmico de agua-gases.
6. Unidad de caldera según la reivindicación 1, caracterizada porque dicho intercambiador secundario (21) es un intercambiador de flujos a contracorriente.
7. Unidad de caldera según la reivindicación 1, caracterizada porque los medios de desviación y el dispositivo medidor de flujo están ensamblados en un cuerpo único dispuesto entre los intercambiadores, el sistema de calefacción y los puntos de consumo de agua sanitaria.
8. Dispositivo para la gestión de flujos en unidades de calefacción combinadas de agua sanitaria y ambiente doméstico diseñado para quedar dispuesto entre un intercambiador térmico primario (14) para la transferencia de calor a un fluido caloportador y un sistema de calefacción (17) para estancias atravesados por dicho fluido caloportador, comprendiendo dicho dispositivo (12):
-
unos medios (22, 23) para desviar una fracción del flujo del fluido caloportador, comprendiendo dichos medios de desviación por lo menos dos salidas y una entrada alimentada con fluido caloportador procedente del intercambiador primario (14),
-
un ramal de desviación de agua (27) alimentado desde una salida de dichos medios de desviación, y
-
unos medios de mando (26) para comandar dichos medios de desviación (22),
formando dicho ramal de desviación (27) un intercambiador térmico secundario (21) con un tramo (28c) de un ramal de agua sanitaria (28) atravesado por agua sanitaria, caracterizado porque el dispositivo comprende además un dispositivo medidor del flujo (24) en el ramal de agua sanitaria (28), estando conectado dicho dispositivo medidor de flujo (24) a dicho medio de mando (26) para regular la cantidad de dicha fracción de flujo desviada en función de la medición del caudal de agua sanitaria.
9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque dichos medios de desviación comprenden una válvula proporcional de 3 vías (22).
10. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque dichos medios de desviación comprenden un motor impulsor (23) para la válvula de 3 vías (22).
11. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque el ramal de desviación (27) y el tramo del ramal de agua secundaria (28) están a contracorriente con respecto al intercambiador térmico secundario (21).
12. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque dicho dispositivo medidor de flujo (24) comprende una turbina (41) dispuesta en el ramal de agua sanitaria (28).
13. Dispositivo según la reivindicación 12, caracterizado porque dicha turbina (41) está dispuesta en la entrada del intercambiador térmico secundario (21).
14. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque comprende una bomba (20) para la recirculación del fluido caloportador.
15. Dispositivo según la reivindicación 14, caracterizado porque dicha bomba (20) está dispuesta en serie con el intercambiador térmico primario (14).
16. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque comprende un sensor de caudal mínimo (25) en serie con el intercambiador térmico primario (14).
17. Dispositivo según las reivindicaciones 15 y 16, caracterizado porque el sensor de flujo mínimo (25) está dispuesto inmediatamente corriente arriba de dicha bomba de recirculación (20).
18. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque comprende un ramal de derivación (30) en paralelo con dicho ramal de desviación (27) para asegurar un flujo mínimo de fluido caloportador opuesto al intercambiador térmico primario (14).
19. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque está formado en un bloque unitario.
20. Dispositivo según la reivindicación 19, caracterizado porque comprende dos conexiones (118a, 118b) para conectar el dispositivo calefactor (12) a un ramal de retorno (18) del sistema de calefacción al intercambiador primario y dos conexiones (119a, 119b) para conectar el dispositivo (12) a un ramal de suministro (19) del intercambiador primario a la planta de calefacción y dos conexiones (128a, 128b) para conectar el dispositivo (12) al ramal de agua sanitaria (28).
21. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque el flujo en el ramal de desviación de agua (27) es virtualmente proporcional al flujo del ramal de agua sanitaria (28).
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