ES2316258A1 - Un aparato que integra calefaccion electrica directa y por acumulacion y su metodo de control. - Google Patents
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Abstract
Un aparato que integra calefacción eléctrica
directa y por acumulación, constituido por un núcleo de retención
del calor, que se calienta exclusivamente durante el horario de
tarifa reducida, complementado con al menos una resistencia
eléctrica directa, que puede funcionar tanto dentro como fuera del
horario de tarifa reducida y que cede calor por convección natural,
cuyo método de control, después de un ciclo de funcionamiento,
prevé modificar el tiempo de carga del acumulador y, por lo tanto
su nivel de carga para el siguiente ciclo en función del tiempo que
ha estado en funcionamiento el convector en el ciclo anterior,
aumentándolo o disminuyéndolo en relación directa al aumento o
disminución del tiempo de funcionamiento durante el ciclo
anterior.
Description
Un aparato que integra calefacción eléctrica
directa y por acumulación, y su método de control.
La invención se refiere a un aparato
electrodoméstico de calefacción de locales concebido como un
sistema que integra la calefacción directa y la calefacción por
acumulación y el método de control.
Los aparatos electrodomésticos para la
calefacción directa de locales son bien conocidos y de muy
distintas realizaciones, teniendo todos ellos en común que
proporcionan energía mediante efecto Joule calentando el local
donde se encuentran por conducción, convección y radiación.
Los aparatos electrodomésticos para la
calefacción de locales por acumulación son conocidos como
acumuladores de calor. Un acumulador de calor típico consta de un
núcleo de retención de calor a base de bloques refractarios de alta
densidad, de una resistencia o grupo de resistencias eléctricas que
calientan el núcleo, rodeado todo ello por una envoltura aislante
eventualmente reforzada por una armadura metálica. Estos aparatos
consumen energía por efecto Joule durante el horario de tarifa
reducida pero, a diferencia de los aparatos de calefacción directa,
mantienen gran parte de esa energía en su interior restituyéndola a
lo largo del día, cuando ya no se está en horario de tarifa
reducida, logrando, de esta forma, un ahorro económico.
La invención prevé un aparato que integra en un
solo sistema de calefacción de un acumulador de calor y un aparato
de calefacción directa por convección, que está constituido por un
núcleo de retención del calor a base de bloques refractarios de alta
densidad, de al menos dos resistencias eléctricas que calientan el
núcleo exclusivamente durante el horario de tarifa reducida, rodeado
todo ello por una envoltura aislante eventualmente reforzada por
una armadura metálica y complementado con al menos una resistencia
eléctrica directa, que puede funcionar tanto dentro como fuera del
horario de tarifa reducida y que cede calor por convección natural,
para procurar un 80% del calor, como mínimo, del acumulador de
calor y un 20% del calor, como máximo, proviene del convector.
Así mismo, la invención prevé un método de
control de este aparato en el que, después de un ciclo de
funcionamiento, prevé modificar el tiempo de carga del acumulador
y, por lo tanto su nivel de carga para el siguiente ciclo en
función del tiempo que ha estado en funcionamiento el convector en
el ciclo anterior, aumentándolo o disminuyéndolo en relación
directa al aumento o disminución del tiempo de funcionamiento
durante el ciclo anterior.
En concreto, el método de control efectúa la
comparación entre el índice de funcionamiento del convector,
definido como la relación entre el acumulado de tiempo de
funcionamiento efectivo del convector y el intervalo de tiempo de
funcionamiento permitido del convector, con un valor preestablecido
en la memoria del medio de control existente en dicho aparato, para
dicho índice preestablecido, determinando si en el siguiente ciclo
hay que incrementar o disminuir el tiempo de carga del
acumulador.
Según otra característica de la invención, este
aparato prevé un método de control del mismo que difiere el inicio
de la carga del acumulador de calor hasta que el tiempo restante
del horario de tarifa reducida coincida con el tiempo de carga del
acumulador.
El aparato de calefacción eléctrica aquí
preconizado dispone así mismo de medios de desconexión de al menos
una de las resistencias de acumulación, cuya potencia es superior a
la potencia de calefacción directa del sistema, permitiendo, en
funcionamiento simultaneo de la acumulación y de la calefacción
directa, que la potencia conjunta no supere la potencia total de
acumulación.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de facilitar la comprensión de las
características de la invención, se acompaña a la presente memoria
descriptiva un juego de dibujos en los que, con carácter
ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1 representa de forma esquemática y en
sección transversal, los principales elementos que constituyen el
aparato de la invención.
En la figura 2 se representan los distintos
componentes que constituyen el sistema de control de esta
aparato.
En la figura 3 se muestra un diagrama de flujo
del método de control de este aparato.
La figura 4 muestra un diagrama del
comportamiento de un acumulador tradicional, durante dos ciclos de
funcionamiento.
La figura 5 muestra un diagrama del
comportamiento de un aparato de realización preferente según la
invención, durante dos ciclos de funcionamiento.
\vskip1.000000\baselineskip
Como se puede observar en la figura 1 la parte
más voluminosa del aparato es el acumulador de calor. El núcleo
donde se acumula el calor (1) es de un material capaz de soportar
temperaturas que pueden alcanzar los 700ºC y de materiales de alta
densidad, refractarios, basados en magnetita, magnesita o incluso
hierro fundido pueden ser considerados válidos.
Para generar calor y aumentar la temperatura del
núcleo de acumulación se utilizarán al menos dos resistencias
calefactora eléctricas (2) y (3) que están colocadas en el interior
del núcleo y en contacto con el mismo para una mejor transmisión
del calor. Una envoltura (4) de material térmicamente aislante
rodea al núcleo para retener el calor. El núcleo, preferentemente,
tiene forma prismática rectangular, y la envoltura presenta seis
caras en contacto con él. El espesor y la naturaleza del material
aislante de cada una de la seis caras de la envoltura dependerá de
las solicitaciones térmicas y mecánicas en cada caso. Una eventual
armadura metálica podrá ser utilizada para reforzar la envoltura
aislante.
A continuación de la envoltura aislante y en una
de las caras frontales se coloca una resistencia calefactora
eléctrica (6) que genera calor que se transmitirá por convección
libre.
Una carcasa exterior (7) protegerá todo el
sistema. La forma de la carcasa y el acabado superficial definirán
el aspecto estético de todo el conjunto y no son objeto de esta
invención.
Las resistencias calefactoras del acumulador, al
menos (2) y (3), y la resistencia del convector (6) están
conexionadas mediante los terminales, conectores y cables
eléctricos necesarios a los dispositivos de control representados
por (5) en la figura 1 y cuyo detalle se representa en la figura
2.
Las resistencias del acumulador (2), (3), (3') y
(3'') están conectadas al medio de control (8). De ellas al menos
(2) y (3) estarán siempre presentes, utilizándose las restantes
(3'), (3'') y sucesivas para realizar sistemas mayores, de
naturaleza modular.
La resistencia del convector (6) también está
conectada al medio de control (8).
El medio de control (8) dispone de entradas y
salidas. Dispone como salidas, de los medios de conexión adecuados
para poner bajo tensión a la resistencia (2), al grupo de
resistencias (3), (3') y (3'') y a la resistencia (6). El
funcionamiento de estos tres medios de conexión es independiente
entre sí.
Las resistencias del acumulador están
controladas, además, por un limitador térmico (9) que captando una
temperatura proporcional a la del núcleo impide que la temperatura
del mismo supere el valor máximo de diseño.
De la misma manera, un limitador térmico
adicional (10), de rearme manual en este caso, desconectará las
resistencias del acumulador en caso de funcionamiento anormal o
fallo del limitador térmico (9).
Un limitador térmico (11) desconectará la
resistencia del convector en caso de funcionamiento anormal si la
temperatura por él captada supera un valor determinado.
Existen dos conexiones a la red eléctrica. La
primera de ellas (12) proporciona corriente exclusivamente durante
el horario de tarifa reducida al medio de control (8) cuyos medios
de conexión darán paso a dicha corriente hacia las resistencias del
acumulador. La segunda conexión (13) proporciona corriente al medio
de control (8) sin restricción horaria.
El dispositivo de entrada de datos (14) es
accesible desde el exterior y proporciona el dato del ajuste
elegido por el usuario A_{u} como entrada al medio de
control (8).
Un sensor de temperatura (15) capta la
temperatura ambiente t_{a} del local y proporcionará el
dato como entrada al medio de control (8).
Un eventual sensor de temperatura (16) podría
captar una temperatura proporcional a la temperatura del núcleo
t_{n} y proporcionará el dato al medio de control (8) para
supervisar la temperatura del núcleo.
El medio de control (8) transformará las
entradas en salidas utilizando unos principios de funcionamiento
que constituyen el método de control y que describimos a
continuación.
Cualquier sistema de calefacción por acumulación
presenta el problema de prever la carga necesaria para los
sucesivos ciclos de funcionamiento. Por el contrario, el sistema de
la presente invención soluciona este problema con un método de
control que utiliza la alta probabilidad de que a tardes frías
suelan seguir días fríos y viceversa. Para una misma temperatura de
consigna, durante una tarde fría el convector funcionará más tiempo
que durante una tarde menos fría. El método de control utiliza un
índice del tiempo de funcionamiento del convector durante un ciclo
de funcionamiento como un indicador de las necesidades térmicas del
local durante el siguiente ciclo, ajustando el tiempo de carga del
acumulador.
El dato del ajuste elegido por el usuario
A_{u} es proporcionado por el dispositivo (14). Este dato
representa el nivel de aportación de calor del sistema al local
donde se encuentra instalado. Los distintos ajustes seleccionables
por el usuario serán escalonados, correspondiendo cada escalón a
una cantidad de tiempo de carga del acumulador T_{carga}
en horas, junto a una temperatura de consigna t_{c} en ºC
para el convector.
En cualquier caso del total de energía consumida
en un ciclo el 80% como mínimo lo será por el acumulador de calor y
un 20% como máximo lo será por el convector, a fin de limitar el
consumo durante el período de tarifa no reducida y el costo
económico que ello supone.
El intervalo de tiempo de funcionamiento
permitido de las resistencias del acumulador coincide con el del
horario de tarifa reducida.
El intervalo de tiempo de funcionamiento
permitido del convector es fijo, predeterminado para cada ciclo y
constituye T_{convector} en horas. Eventualmente se puede
considerar que este intervalo es proporcional al ajuste elegido por
el usuario para conseguir una mayor respuesta a la demanda de
calor.
Durante el intervalo de tiempo de funcionamiento
del convector T_{convector}, el medio de control compara
el dato de temperatura ambiente t_{a} proporcionado por el
sensor de temperatura (15) con la temperatura de consigna del
convector t_{c}. El medio de control actúa como un
termostato manteniendo, si es posible, la temperatura ambiente
t_{a} dentro de unos márgenes en torno a la temperatura de
consigna t_{c}. Para ello la resistencia del convector se
conecta y desconecta por el medio de control. El medio de control
computa el tiempo de funcionamiento del convector durante el
intervalo de tiempo de funcionamiento permitido del convector
T_{convector}, y va incrementando un contador, resultando
así el dato T'_{convector}, expresado también en
horas.
El índice de funcionamiento del convector
IFC se define como:
IFC =
T'_{convector} /
T_{convector}
Este valor, comprendido entre 0 y 1, indica
cuanto ha tenido que estar calentando el convector para mantener la
temperatura de consigna.
El medio de control (8) compara el IFC
con un valor preestablecido en su memoria IFC_{0},
determinando si en el siguiente ciclo hay que incrementar o
disminuir el tiempo de carga del acumulador.
Si el IFC es mayor que IFC_{0}
el tiempo de carga T_{carga}, se aumenta en un incremento
mínimo del tiempo de carga, \DeltaT_{carga}.
Si el IFC es menor o igual que
IFC_{0} el tiempo de carga T_{carga}, se
disminuye en un incremento mínimo del tiempo de carga,
\DeltaT_{carga}.
En una realización preferente de este sistema de
calefacción, de acuerdo con la invención, la resistencia
calefactora eléctrica (2) del acumulador es mayor que la
resistencia calefactora eléctrica (6) del convector. De tal forma
que cuando el método de control resuelva conectar tanto el
acumulador como el convector un medio de conexión mantenga la
resistencia (2) apagada consiguiendo que la potencia total suma de
la potencia de la resistencia del convector (6) y de las restantes
resistencias del acumulador (3) y sucesivas, no supere el valor de
la potencia nominal del sistema de calefacción que será la potencia
total del acumulador.
Otra realización preferente del método de
control de este sistema de calefacción consiste en diferir la carga
del acumulador al final del horario de tarifa reducida, a fin de
evitar la sobrecarga en la red provocada por la conexión simultánea
de todos los aparatos convencionales al inicio de la franja horaria
de la tarifa nocturna.
La figura 4 muestra el comportamiento de un
acumulador tradicional durante dos ciclos de funcionamiento. La
gráfica (A) representa la variación de la temperatura del núcleo
con el tiempo. (B) y (C) se corresponden con los intervalos de
tiempo en los que las resistencias del acumulador están generando
calor. Lo habitual es que se alcance la carga deseada antes de la
finalización del horario de tarifa reducida, de esta forma el
acumulador continuará desprendiendo calor y su núcleo perderá
gradualmente temperatura hasta que, en muchas ocasiones, necesite
efectuar cargas adicionales (C) para alcanzar de nuevo la carga
deseada. Este comportamiento da lugar a los dientes de sierra que se
observan en la gráfica (A) de la figura 4.
La figura 5 muestra el comportamiento mejorado
de una realización preferente de la invención durante dos ciclos de
funcionamiento. La gráfica (D) en esta ocasión no presenta dientes
de sierra, porque el acumulador no ha necesitado cargas adicionales
para comenzar el período de descarga con toda la carga deseada en
su interior.
\newpage
La manera de conseguirlo consiste en diferir el
inicio de la carga hasta que el tiempo restante del horario de
tarifa reducida coincida con el tiempo de carga del acumulador
T_{carga}, (B) en la figura 5.
Una vez descrita suficientemente la naturaleza
de la invención, así como un ejemplo de realización preferente, se
hace constar a los efectos oportunos que los materiales, forma,
tamaño y disposición de los elementos descritos podrán ser
modificados, siempre y cuando ello no suponga una alteración de las
características esenciales de la invención que se reivindican a
continuación.
Claims (4)
1. Un aparato que integra calefacción eléctrica
directa y por acumulación, constituido por un núcleo de retención
del calor a base de bloques refractarios de alta densidad, de al
menos dos resistencias eléctricas que calientan el núcleo
exclusivamente durante el horario de tarifa reducida, rodeado todo
ello por una envoltura aislante eventualmente reforzada por una
armadura metálica y complementado con al menos una resistencia
eléctrica directa, que puede funcionar tanto dentro como fuera del
horario de tarifa reducida y que cede calor por convección natural,
para procurar un 80% del calor, como mínimo, del acumulador de
calor y un 20% del calor, como máximo, proviene del convector,
caracterizado porque su método de control, después de un
ciclo de funcionamiento, prevé modificar el tiempo de carga del
acumulador y, por lo tanto su nivel de carga para el siguiente
ciclo en función del tiempo que ha estado en funcionamiento el
convector en el ciclo anterior, aumentándolo o disminuyéndolo en
relación directa al aumento o disminución del tiempo de
funcionamiento durante el ciclo anterior.
2. Un aparato que integra calefacción eléctrica
directa y por acumulación, de acuerdo a la reivindicación 1,
caracterizado su método de control efectúa la comparación
entre el índice de funcionamiento del convector (IFC), definido
como la relación entre el acumulado de tiempo de funcionamiento
efectivo del convector (T'_{convector}) y el intervalo de tiempo
de funcionamiento permitido del convector (T_{convector}), con un
valor preestablecido en la memoria del medio de control (8) para
dicho índice IFC_{0}, determinando si en el siguiente ciclo hay
que incrementar o disminuir el tiempo de carga del acumulador.
3. Un aparato que integra calefacción eléctrica
directa y por acumulación, de acuerdo a las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el método de control del
mismo difiere el inicio de la carga del acumulador de calor hasta
que el tiempo restante del horario de tarifa reducida coincida con
el tiempo de carga del acumulador (T_{carga}).
4. Un aparato que integra calefacción eléctrica
directa y por acumulación, de acuerdo a las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque dispone de medios de
desconexión de al menos una de las resistencias de acumulación,
cuya potencia es superior a la potencia de calefacción directa del
sistema, permitiendo, en funcionamiento simultaneo de la
acumulación y de la calefacción directa, que la potencia conjunta
no supere la potencia total de acumulación.
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2006
- 2006-11-08 ES ES200602840A patent/ES2316258B1/es not_active Expired - Fee Related
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| ES2316258B1 (es) | 2010-01-08 |
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Legal Events
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| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20090401 Kind code of ref document: A1 |
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| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2316258B1 Country of ref document: ES |
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| FD2A | Announcement of lapse in spain |
Effective date: 20211119 |