ES2922542T3 - Device for generating mist and method of operation of said device - Google Patents
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Abstract
Se describe un dispositivo para generar niebla (1) que comprende al menos un intercambiador de calor (10) calentado eléctricamente para poder vaporizar al menos un fluido a presión, medios de presurización (20) para poder enviar el fluido desde al menos un tanque (30) hacia el intercambiador de calor (10), al menos una unidad electrónica (40) para controlar la temperatura del intercambiador de calor (10) y el funcionamiento de los medios de presurización (20), donde el intercambiador de calor (10) comprende tubular elementos en contacto con el fluido a presión, estando cada elemento tubular sujeto a una diferencia de potencial eléctrico para controlar térmicamente el fluido a presión antes y durante la etapa de vaporización del fluido a presión. También se describe un método de funcionamiento que permite optimizar los tiempos de calentamiento y maximizar la potencia térmica transferida a un fluido de un dispositivo para generar niebla (1). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)A device for generating mist (1) is described, comprising at least one heat exchanger (10) heated electrically to be able to vaporize at least one pressurized fluid, pressurizing means (20) to be able to send the fluid from at least one tank ( 30) towards the heat exchanger (10), at least one electronic unit (40) to control the temperature of the heat exchanger (10) and the operation of the pressurizing means (20), where the heat exchanger (10) It comprises tubular elements in contact with the pressurized fluid, each tubular element being subject to an electrical potential difference to thermally control the pressurized fluid before and during the stage of vaporization of the pressurized fluid. An operating method is also described that allows heating times to be optimized and the thermal power transferred to a fluid from a device to generate mist (1) to be maximized. (Automatic translation with Google Translate, without legal value)
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Dispositivo para generar niebla y método de funcionamiento de dicho dispositivoDevice for generating mist and method of operation of said device
La presente invención se refiere a un dispositivo para generar niebla ya un método de funcionamiento de dicho dispositivo.The present invention relates to a device for generating mist and to a method of operating said device.
En particular, la presente invención se refiere a un sistema de generación de vapor, mediante calentamiento eléctrico de un líquido que circula en tuberías o conductos.In particular, the present invention refers to a steam generation system, by means of electrical heating of a liquid that circulates in pipes or ducts.
Se conocen aparatos generadores de niebla, para prevención de robos, entretenimiento, apantallamiento, defensa y similares, presurizados o conectados después de al menos una bomba y un intercambiador de calor para permitir llevar a fase vapor el líquido contenido en el tanque. El tamaño de la superficie de intercambio térmico del intercambiador de calor depende del valor de la potencia térmica deseada necesaria para permitir la formación de la niebla.Fog generating devices are known, for theft prevention, entertainment, shielding, defense and the like, pressurized or connected after at least one pump and one heat exchanger to allow the liquid contained in the tank to be brought to the vapor phase. The size of the heat exchange surface of the heat exchanger depends on the value of the desired thermal power necessary to allow the formation of the mist.
El estado de la técnica de los aparatos generadores de niebla, por ejemplo, dado por la patente US5706389A, trata de un dispositivo para evaporar los líquidos para generar niebla que comprende un intercambiador de calor calentado eléctricamente. Tal dispositivo permite calentar rápidamente los líquidos a evaporar en un rango predeterminado de temperaturas a través de la pared del intercambiador de calor. El intercambiador de calor hecho de un material eléctricamente conductor está conectado a una fuente de energía eléctrica para un calentamiento directo.The state of the art of mist generating devices, for example, given by patent US5706389A, deals with a device for evaporating liquids to generate mist that comprises an electrically heated heat exchanger. Such a device allows rapid heating of the liquids to be evaporated in a predetermined range of temperatures through the wall of the heat exchanger. The heat exchanger made of an electrically conductive material is connected to an electrical power source for direct heating.
Un problema a tener en cuenta en los aparatos generadores de niebla se refiere al tiempo de calentamiento del intercambiador. Preferentemente, el intercambiador de calor debe pasar a su estado térmico estable en aproximadamente uno o dos segundos. Para ello, el intercambiador de calor debe optimizarse en función de tres parámetros: masa térmica total; resistencia eléctrica; resistencia estructural. La patente US5706389A trata y resuelve el problema del tiempo de calentamiento del intercambiador de calor a través de un dispositivo de evaporación de líquidos que comprende al menos una sección compuesta por una aleación de alrededor del 55 % de cobre y alrededor del 45 % de níquel, la parte restante de dicho intercambiador de calor es de acero inoxidable. Preferentemente, dicho intercambiador de calor es un tubo redondo con un diámetro interno de 0.3 a 1 mm, la pared de dicho tubo tiene un espesor de 0.1 a 0.3 mm y una longitud de 120 a 1000 mm.A problem to be taken into account in mist generating devices refers to the heating time of the exchanger. Preferably, the heat exchanger should go to its stable thermal state in about one to two seconds. To do this, the heat exchanger must be optimized based on three parameters: total thermal mass; electric resistance; structural strength. Patent US5706389A deals with and solves the problem of heat exchanger heating time through a liquid evaporation device comprising at least one section composed of an alloy of around 55% copper and around 45% nickel, the remaining part of said heat exchanger is made of stainless steel. Preferably, said heat exchanger is a round tube with an internal diameter of 0.3 to 1 mm, the wall of said tube having a thickness of 0.1 to 0.3 mm and a length of 120 to 1000 mm.
Sin embargo, con estos materiales no es posible alcanzar rápidamente la temperatura final. Por esta razón, el dispositivo divulgado en la patente US5706389A no es adecuado para aplicaciones antirrobo.However, with these materials it is not possible to quickly reach the final temperature. For this reason, the device disclosed in patent US5706389A is not suitable for anti-theft applications.
Otro problema a tener en cuenta en los aparatos generadores de niebla se refiere a la necesidad de medir la temperatura del intercambiador de calor. Generalmente, la temperatura cambia rápidamente, punto por punto y en el tiempo. Por este motivo, no es posible medir la temperatura con un termopar normal, siendo la masa del termómetro elevada con respecto a la masa local del intercambiador, con el resultado de alterar la medida con respecto a la realidad. Además, tal tipo de medida tendría el límite, en todo caso, de realizarse en un lugar y con un retraso dado por la constante de tiempo provocada por la masa del termómetro. También este aspecto cobra importancia, sobre todo cuando las constantes de tiempo del calentador son muy pequeñas. Tal discrepancia en los tiempos de respuesta podría provocar un sobrecalentamiento y la consiguiente fusión del calentador. Sin embargo, es necesario poder determinar la temperatura actual del intercambiador de calor sección por sección. Esto implica preferentemente la medida de la resistencia eléctrica. La corriente de calentamiento también se controla preferentemente sección por sección, dependiendo de la resistencia eléctrica medida. La patente US5706389A trata y resuelve el problema de medir la temperatura del intercambiador de calor a través de una porción del intercambiador de calor diseñada para operar como una resistencia de calentamiento que tiene un coeficiente de temperatura bajo. Tal porción se usa directamente como resistencia de medición de la temperatura del intercambiador de calor conectada en paralelo a una unidad electrónica, preferentemente dispuesta entre el intercambiador de calor y la fuente de alimentación. La salida de la unidad electrónica está directamente conectada a la fuente de alimentación. Esto implica tener que utilizar como resistencia de medida un material particularmente costoso, que se puede encontrar con dificultad en los tubos, como el constantán.Another problem to be taken into account in mist generating devices refers to the need to measure the temperature of the heat exchanger. Generally, the temperature changes rapidly, point by point and over time. For this reason, it is not possible to measure the temperature with a normal thermocouple, as the mass of the thermometer is high with respect to the local mass of the exchanger, with the result that the measurement is altered with respect to reality. In addition, such a type of measurement would have the limit, in any case, of being carried out in one place and with a delay given by the time constant caused by the mass of the thermometer. This aspect also becomes important, especially when the time constants of the heater are very small. Such a discrepancy in response times could lead to overheating and consequent meltdown of the heater. However, it is necessary to be able to determine the current temperature of the heat exchanger section by section. This preferably involves the measurement of electrical resistance. The heating current is also preferably controlled section by section, depending on the electrical resistance measured. Patent US5706389A deals with and solves the problem of measuring the temperature of the heat exchanger through a portion of the heat exchanger designed to operate as a heating resistance having a low temperature coefficient. Such a portion is used directly as a heat exchanger temperature measurement resistor connected in parallel to an electronic unit, preferably arranged between the heat exchanger and the power supply. The output of the electronic unit is directly connected to the power supply. This implies having to use a particularly expensive material as a measurement resistance, which can be found with difficulty in tubes, such as constantan.
Los documentos US-A-5 706 389, US-A-5 937 141, US-A-5 870 524 y WO-A1-94/07223 divulgan dispositivos de la técnica anterior para generar niebla.US-A-5 706 389, US-A-5 937 141, US-A-5 870 524 and WO-A1-94/07223 disclose prior art devices for generating mist.
El objeto de la presente invención es resolver los problemas anteriores de la técnica anterior, proporcionando un dispositivo para generar niebla capaz de operar a través de la medida de una diferencia de potencial eléctrico para controlar térmicamente el fluido presurizado antes de vaporizar el fluido presurizado.The object of the present invention is to solve the above problems of the prior art, by providing a device for generating mist capable of operating through the measurement of an electrical potential difference to thermally control the pressurized fluid before vaporizing the pressurized fluid.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo para generar niebla capaz de funcionar de forma continua, sobre todo en caso de interrupción de la corriente eléctrica.Another object of the present invention is to provide a device for generating fog capable of operating continuously, especially in the event of a power failure.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo para generar niebla en el que es posible aumentar el tiempo de latencia sin suministro eléctrico. Another object of the present invention is to provide a fog generating device in which it is possible to increase the latency time without power supply.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo capaz de cancelar sustancialmente el autoconsumo durante las pausas de espera, con el fin de ahorrar energía.Another object of the present invention is to provide a device capable of substantially canceling self-consumption during waiting breaks, in order to save energy.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar un método de funcionamiento de un dispositivo para generar niebla a través del cual es posible controlar el tiempo de calentamiento del intercambiador de calor para alcanzar la temperatura de espera en uno, dos segundos, además de controlar el valor de temperatura de un dispositivo sujeto a saltos bruscos de temperatura.Another object of the present invention is to provide an operating method of a device to generate mist through which it is possible to control the heating time of the heat exchanger to reach the standby temperature in one, two seconds, in addition to controlling the value temperature of a device subject to sudden jumps in temperature.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar un método de funcionamiento de un dispositivo para generar niebla a través del cual es posible controlar y optimizar la distribución de la temperatura.Another object of the present invention is to provide a method of operation of a device for generating mist through which it is possible to control and optimize the temperature distribution.
Los anteriores y otros objetos y ventajas de la invención, como se desprenderá de la siguiente descripción, se alcanzan con un dispositivo para generar niebla, como se reivindica en la reivindicación 1, y con un método de funcionamiento de un dispositivo para generar niebla como se reivindica en la reivindicación 8.The above and other objects and advantages of the invention, as will emerge from the following description, are achieved with a device for generating fog, as claimed in claim 1, and with a method of operating a device for generating fog as claimed in claim 8.
Las realizaciones preferidas y las variaciones no triviales de la presente invención son el objeto de las reivindicaciones dependientes.Preferred embodiments and non-trivial variations of the present invention are the subject of the dependent claims.
Se pretende que todas las reivindicaciones adjuntas sean parte integral de la presente descripción.All appended claims are intended to be an integral part of the present description.
Será inmediatamente evidente que se pueden realizar numerosas variaciones y modificaciones (por ejemplo, relacionadas con la forma, tamaños, disposiciones y partes con funcionalidad equivalente) a lo que se describe, sin apartarse del alcance de la invención tal como se desprende de las reivindicaciones adjuntas.It will be immediately apparent that numerous variations and modifications (for example, relating to shape, sizes, arrangements, and functionally equivalent parts) may be made to what is described, without departing from the scope of the invention as it appears from the appended claims. .
La presente invención se describirá mejor mediante algunas realizaciones preferidas de la misma, proporcionadas a modo de ejemplo no limitativo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:The present invention will be better described by means of some preferred embodiments thereof, provided by way of non-limiting example, with reference to the attached drawings, in which:
- La Figura 1 muestra un diagrama de funcionamiento de una realización del dispositivo para generar niebla de acuerdo con la presente invención;- Figure 1 shows an operating diagram of an embodiment of the device for generating mist according to the present invention;
- La Figura 2 muestra una vista axonométrica de algunos componentes de una realización del dispositivo para generar niebla de acuerdo con la presente invención;- Figure 2 shows an axonometric view of some components of an embodiment of the device for generating fog according to the present invention;
- La Figura 3 muestra un primer esquema de conexión de la realización del dispositivo de la Figura 1;- Figure 3 shows a first connection diagram of the embodiment of the device of Figure 1;
- La Figura 4 muestra un segundo esquema de conexión de la realización del dispositivo de la Figura 1; y - Figure 4 shows a second connection diagram of the embodiment of the device of Figure 1; Y
- Las Figuras 5, 6 muestran una vista axonométrica de un conjunto de una realización del dispositivo para generar niebla de acuerdo con la presente invención.- Figures 5, 6 show an axonometric view of an assembly of an embodiment of the device to generate fog according to the present invention.
Con referencia a la Figura 1, es posible notar que un dispositivo para generar niebla 1 de acuerdo con la presente invención comprende al menos un intercambiador 10 de calor calentado eléctricamente para poder vaporizar al menos un fluido presurizado, medios 20 de presurización a poder enviar el fluido desde al menos un tanque 30 hacia el intercambiador 10 de calor, al menos una unidad 40 electrónica para controlar la temperatura del intercambiador 10 de calor y el funcionamiento de los medios 20 de presurización.With reference to Figure 1, it is possible to notice that a device for generating mist 1 according to the present invention comprises at least one electrically heated heat exchanger 10 to be able to vaporize at least one pressurized fluid, pressurizing means 20 to be able to send the fluid from at least one tank 30 to the heat exchanger 10, at least one electronic unit 40 to control the temperature of the heat exchanger 10 and the operation of the pressurizing means 20.
Ventajosamente, el intercambiador 10 de calor comprende elementos tubulares en contacto con el fluido a presión, cada elemento tubular está sometido a una diferencia de potencial eléctrico para controlar térmicamente el fluido a presión, antes y durante la etapa de vaporización del fluido a presión.Advantageously, the heat exchanger 10 comprises tubular elements in contact with the pressurized fluid, each tubular element is subjected to an electrical potential difference to thermally control the pressurized fluid, before and during the stage of vaporization of the pressurized fluid.
En particular, los elementos tubulares del intercambiador 10 de calor comprenden al menos una pared delgada compuesta por al menos una primera capa de material resistente estructuralmente y por al menos una segunda capa de material que tiene una alta conductividad eléctrica para obtener un valor óptimo de resistencia eléctrica equivalente, sin tener que aumentar la masa térmica del intercambiador 10 de calor.In particular, the tubular elements of the heat exchanger 10 comprise at least one thin wall composed of at least one first layer of structurally resistant material and of at least one second layer of material that has a high electrical conductivity to obtain an optimum resistance value. equivalent electrical power, without having to increase the thermal mass of the heat exchanger 10 .
De acuerdo con una variante preferida, los elementos tubulares del intercambiador 10 de calor comprenden al menos una pared delgada hecha en titanio, siendo el titanio al mismo tiempo un material estructuralmente resistente y un conductor eléctrico óptimo para obtener un valor óptimo de resistencia eléctrica equivalente, sin tener que aumentar la masa térmica del intercambiador 10 de calor.According to a preferred variant, the tubular elements of the heat exchanger 10 comprise at least one thin wall made of titanium, titanium being at the same time a structurally resistant material and an optimal electrical conductor to obtain an optimal value of equivalent electrical resistance, without having to increase the thermal mass of the heat exchanger 10 .
Preferentemente, el intercambiador 10 de calor está compuesto por un par de secciones 11 y 12 de elementos tubulares, cada sección de dicho par de secciones 11 y 12 está alimentada con un voltaje eléctrico adecuado y está conectada a una unidad 41 y 42 de control para permitir controlar el funcionamiento de los medios 20 de presurización, para mantener constante la menor de las temperaturas detectadas entre las de las unidades 41 y 42 de control para aprovechar al máximo la potencia absorbida. Preferably, the heat exchanger 10 is made up of a pair of sections 11 and 12 of tubular elements, each section of said pair of sections 11 and 12 is supplied with a suitable electrical voltage and is connected to a control unit 41 and 42 for allow controlling the operation of the pressurization means 20, to maintain constant the lowest of the temperatures detected between those of the control units 41 and 42 in order to make the most of the power absorbed.
En aparatos con rendimientos limitados, el intercambiador 10 de calor puede estar hecho de una sola sección de elementos tubulares.In appliances with limited outputs, the heat exchanger 10 may be made of a single section of tubular elements.
Con referencia a la Figura 2, cada una de dichas secciones 11 y 12 de tubo comprende al menos una porción 111, 121 adaptada para operar como una resistencia para permitir calcular la media ponderada de la temperatura de estado estable de la sección 11 y 12 del tubo respectiva, a través de las unidades 41 y 42 de control. Además, cada una de dichas secciones 11 y 12 de tubo comprende al menos una parte 112, 122 compuesta por un serpentín tubular adaptado para funcionar como sobrecalentador de fluido.With reference to Figure 2, each of said tube sections 11 and 12 comprises at least one portion 111, 121 adapted to operate as a resistor to enable the weighted average of the steady-state temperature of tube section 11 and 12 to be calculated. respective tube, through control units 41 and 42. Furthermore, each of said tube sections 11 and 12 comprises at least one part 112, 122 made up of a tubular coil adapted to function as a fluid superheater.
Con referencia a la Figura 3, las secciones 11 y 12 de tubo están conectadas en paralelo a través de las porciones 111, 121 que funcionan como resistencia, y en serie a través de las porciones 112, 122 que funcionan como sobrecalentador de fluido, para permitir la vaporización de caudales elevados de fluido.Referring to Figure 3, tube sections 11 and 12 are connected in parallel through portions 111, 121 which function as resistors, and in series through portions 112, 122 which function as fluid superheaters, to allow the vaporization of high flow rates of fluid.
Con referencia a la Figura 4, las secciones 11 y 12 de tubo están conectadas en serie a través de las porciones 111, 121 que funcionan como resistencia, y en serie a través de las porciones 112, 122 que funcionan como supercalentador de fluido.Referring to Figure 4, tube sections 11 and 12 are connected in series through portions 111, 121 that function as resistors, and in series through portions 112, 122 that function as fluid superheaters.
De acuerdo con una configuración preferida, cada una de dichas secciones 11, 12 de tubo está conectada eléctricamente a por lo menos un acumulador 60 de tipo electroquímico y de baja tensión eléctrica para permitir calentar casi instantáneamente el intercambiador 10 de calor y básicamente cancelar las pérdidas internas de energía de calefacción.According to a preferred configuration, each of said tube sections 11, 12 is electrically connected to at least one accumulator 60 of the electrochemical type and low electrical voltage to allow the heat exchanger 10 to be heated almost instantaneously and basically cancel the losses internal heating energy.
La primera 41 o la segunda 42 unidad de control muestra una estimación de la corriente entregada por el acumulador 60. Dicha estimación se calcula a través del valor de la caída de tensión medida en al menos una de dichas porciones 111, 121 para permitir conocer el estado del acumulador 60, en términos de carga eléctrica, disminución del rendimiento debido al envejecimiento, posible necesidad de sustitución.The first 41 or the second 42 control unit shows an estimation of the current delivered by the accumulator 60. Said estimation is calculated through the value of the voltage drop measured in at least one of said portions 111, 121 to allow knowing the state of the accumulator 60, in terms of electrical charge, decrease in performance due to aging, possible need for replacement.
En particular, dicha al menos una parte 111, 121 se mantiene refrigerada. De acuerdo con una configuración preferida, dicha al menos una porción 111, 121 es enfriada por el fluido que circula en el dispositivo 1.In particular, said at least one part 111, 121 is kept cool. According to a preferred configuration, said at least one portion 111, 121 is cooled by the fluid circulating in the device 1.
En particular, dicha unidad 40 electrónica está programada para permitir cancelar sustancialmente el autoconsumo durante las pausas de funcionamiento, con el fin de ahorrar energía.In particular, said electronic unit 40 is programmed to allow self-consumption to be substantially canceled during breaks in operation, in order to save energy.
La presente invención trata además de un método de funcionamiento que permite optimizar los tiempos de calentamiento y maximizar la potencia térmica transferida a un fluido de un dispositivo para generar niebla 1 como se ha descrito anteriormente, comprendiendo dicho método las siguientes etapas:The present invention also deals with an operating method that allows optimizing heating times and maximizing the thermal power transferred to a fluid of a device for generating mist 1 as described above, said method comprising the following stages:
- calentar en seco el intercambiador 10 de calor;- dry heating the heat exchanger 10;
- arranque controlado de los medios 20 de presurización para enviar fluido a lo largo de las secciones de tubo 11, 12, hasta que la temperatura medida en al menos una de tales secciones de tubo 11, 12 comience a disminuir; - controlled start-up of the pressurizing means 20 to send fluid along the tube sections 11, 12, until the temperature measured in at least one of said tube sections 11, 12 begins to decrease;
- comprobar el funcionamiento de los medios 20 de presurización, para mantener constante la temperatura de la sección de tubo 11, 12 que se enfría primero para tener la máxima potencia disponible.- check the operation of the pressurization means 20, to keep the temperature of the tube section 11, 12 constant, which is cooled first in order to have the maximum power available.
El dispositivo para generar niebla de la presente invención permite obtener los objetos enunciados.The device for generating mist of the present invention allows obtaining the stated objects.
En particular, en el caso de aparatos antirrobo, para los que se requiere un funcionamiento continuo, sobre todo en caso de interrupción de la corriente eléctrica, el intercambiador de calor está dimensionado con una gran masa térmica y aislado térmicamente del entorno exterior. La relación entre la capacidad térmica y la resistencia térmica, en este tipo de aparatos, genera una determinada constante de tiempo, por lo que, a partir del instante en que cae el suministro eléctrico, los rendimientos esperados pueden decaer rápidamente hasta detenerse. En particular, en condiciones de espera, en las que el aparato pasa la mayor parte de su vida útil, aparece un autoconsumo energético, provocado por pérdidas inevitables de aislamiento térmico. Tal autoconsumo puede ser una fuerte pérdida económica y esta práctica puede resultar en un coste anual equivalente al 25 % del valor de compra de un aparato que tenga una clase alta y equivalente a la mitad del valor de compra de una máquina con una clase de aislamiento inferior, es decir, una máquina que absorbe mucha más energía.In particular, in the case of anti-theft devices, for which continuous operation is required, especially in the event of a power failure, the heat exchanger is dimensioned with a large thermal mass and is thermally isolated from the external environment. The relationship between the thermal capacity and the thermal resistance, in this type of device, generates a certain time constant, so that, from the moment the electricity supply drops, the expected yields can drop rapidly until they stop. In particular, in standby conditions, in which the device spends most of its useful life, energy self-consumption appears, caused by unavoidable losses of thermal insulation. Such self-consumption can be a strong economic loss and this practice can result in an annual cost equivalent to 25% of the purchase value of an appliance that has a high class and equivalent to half the purchase value of a machine with a low insulation class. inferior, that is, a machine that absorbs much more energy.
Otro objeto resuelto de la presente invención es el tiempo de funcionalidad sin suministro eléctrico. El tiempo de funcionalidad es necesariamente limitado y el riesgo de robo con “desconexión preventiva” no se cancela por completo si no es posible intervenir oportunamente en caso de falta de corriente. El dispositivo de la presente invención permite almacenar Energía, en lugar de en una masa térmica para mantenerla caliente y aislada térmicamente, acumulando energía en un acumulador de tipo electroquímico, preferentemente con plomo ácido, y extrayéndola rápidamente al momento de su uso. Esta extracción rápida, considerada crítica ya la vez indispensable para una aplicación antirrobo, hace necesario minimizar la masa térmica del intercambiador, tomando la temperatura del propio intercambiador antes de introducir en él el fluido generador de niebla. No hace falta decir que la constante de tiempo del sistema en el arranque es directamente proporcional a la relación masa térmica/potencia insertada.Another resolved object of the present invention is the functionality time without electrical supply. The functionality time is necessarily limited and the risk of theft with "preventive disconnection" is not completely canceled if it is not possible to intervene in a timely manner in the event of a power failure. The device of the present invention allows Energy to be stored, instead of in a thermal mass to keep it hot and thermally insulated, accumulating energy in an electrochemical type accumulator, preferably with lead acid, and quickly extracting it at the time of use. This rapid extraction, considered critical and at the same time essential for an anti-theft application, makes it necessary to minimize the thermal mass of the exchanger, taking the temperature of the exchanger itself before to introduce the fog-generating fluid into it. It goes without saying that the time constant of the system at startup is directly proportional to the thermal mass/inserted power ratio.
En su forma más simple, el aparato consiste en una serpentina tubular hecha de material conductor, adaptada para operar como una resistencia. En tal serpentina tubular resistente, en la que se hace pasar la corriente de la batería a través de una unidad de control adecuada, las corrientes relevantes son del orden de cientos a miles de amperios. En el mismo serpentín tubular, una vez alcanzada la temperatura que se monitoriza para cerrar un anillo de control adecuado a través de la unidad de control, el fluido generador de niebla se inyecta a través de una bomba desde un tanque atmosférico, es decir, a través de una válvula de apertura fija o variable de un tanque presurizado. Al pasar en la serpentina tubular, el fluido se vaporiza, se lleva a la fase de vapor saturado y se entrega al medio ambiente a través de una boquilla adecuada. La alta velocidad de emisión hace que el vapor se divida en pequeños centros de condensación que, al enfriarse por el contacto con el aire más frío, se condensan en gotas muy pequeñas que dispersarán la luz, provocando el llamado fenómeno de blanqueamiento, con niebla absoluta, protegiendo el entorno. In its simplest form, the apparatus consists of a tubular coil made of conductive material, adapted to operate as a resistor. In such a robust tubular coil, where the battery current is passed through a suitable control unit, the relevant currents are in the order of hundreds to thousands of amperes. In the same tubular coil, once the temperature that is monitored to close a suitable control ring is reached through the control unit, the mist-generating fluid is injected through a pump from an atmospheric tank, that is, through through a fixed or variable opening valve of a pressurized tank. Passing through the tubular serpentine, the fluid is vaporized, brought to the saturated vapor phase and delivered to the environment through a suitable nozzle. The high emission speed causes the vapor to divide into small condensation centers which, when cooled by contact with the colder air, condense into very small droplets that will scatter the light, causing the so-called whitening phenomenon, with absolute fog. , protecting the environment.
El tiempo de calentamiento del intercambiador de calor es un elemento crítico para poder realizar un dispositivo antirrobo eficiente. La situación ideal sería que el intercambiador de calor esté hecho para alcanzar su temperatura de régimen de espera en uno, dos segundos. Este objetivo se puede alcanzar optimizando los siguientes parámetros: masa térmica total del intercambiador de calor, de modo que, al aumentar la masa térmica, debe aumentar el tiempo y la energía necesarios, y la resistencia eléctrica del serpentín para que se adapte perfectamente a la impedancia de la batería; resistencia estructural del aparato sometido a la presión de un fluido. La primera opción obvia podría ser el acero inoxidable, un metal mecánicamente resistente, que tecnológicamente puede fabricarse en tubos resistentes, pero con un espesor pequeño, para minimizar la capacidad térmica, pero lamentablemente equipado con una resistividad demasiado alta para la aplicación. De hecho, una serpentina de acero inoxidable, si se hiciera minimizando el metal con un tubo muy delgado, tendría una resistencia eléctrica excesiva para poder entregar suficiente energía con voltajes de batería de 12 voltios, si en cambio se hiciera optimizando la resistencia eléctrica para poder trabajar a 12 Voltios, tendría una masa demasiado grande y necesitaría decenas y decenas de segundos para alcanzar su temperatura, a pesar del aumento de potencia. Desde un punto de vista tecnológico y comercial, sería muy importante lograr fabricar un aparato que trabaje con voltajes del orden de los 12 Voltios, para poder explotar las baterías comunes que se venden en el mercado automotriz y de tracción eléctrica, las cuales son por lo tanto económicas y fiables. The heating time of the heat exchanger is a critical element to be able to realize an efficient anti-theft device. The ideal situation would be that the heat exchanger is made to reach its standby temperature in one, two seconds. This objective can be achieved by optimizing the following parameters: total thermal mass of the heat exchanger, so that by increasing the thermal mass, the time and energy required must increase, and the electrical resistance of the coil so that it is perfectly adapted to the battery impedance; Structural strength of the apparatus subjected to fluid pressure. The obvious first choice could be stainless steel, a mechanically strong metal, which can technologically be made into strong tubes, but with a small thickness, to minimize thermal capacity, but unfortunately equipped with too high a resistivity for the application. In fact, a stainless steel coil, if made by minimizing the metal with a very thin tube, would have too much electrical resistance to be able to deliver enough power at 12 volt battery voltages, if instead it was made by optimizing the electrical resistance to be able to working at 12 Volts, it would have too great a mass and would need tens and tens of seconds to reach its temperature, despite the increase in power. From a technological and commercial point of view, it would be very important to be able to manufacture a device that works with voltages of the order of 12 Volts, in order to exploit the common batteries that are sold in the automotive and electric traction market, which are both cheap and reliable.
Para ello se conocen tres soluciones de acuerdo con la intervención prevista de cambio de la resistencia eléctrica, de la tensión eléctrica o de las características físico-químicas del material.For this, three solutions are known according to the planned intervention to change the electrical resistance, the electrical voltage or the physical-chemical characteristics of the material.
Cambio de resistencia eléctrica: esta solución consiste en fabricar el serpentín tubular de acero inoxidable con el mínimo espesor tecnológicamente posible para obtener una resistencia mecánica adecuada; cualquier otro metal dotado de suficiente resistividad y resistencia mecánica puede ser utilizado también para tal fin, y posteriormente recubrir mediante procesos galvánicos o al vacío dicha serpentina tubular con una fina capa de un metal conductor óptimo, por ejemplo: cobre, oro, etc. De esta forma, es posible regular la resistencia eléctrica equivalente del serpentín hasta obtener el valor óptimo sin tener que aumentar la masa del intercambiador.Change of electrical resistance: this solution consists of manufacturing the tubular stainless steel coil with the minimum thickness technologically possible to obtain adequate mechanical resistance; any other metal endowed with sufficient resistivity and mechanical resistance can also be used for this purpose, and subsequently cover said tubular coil by means of galvanic or vacuum processes with a thin layer of an optimal conductive metal, for example: copper, gold, etc. In this way, it is possible to regulate the equivalent electrical resistance of the coil until the optimum value is obtained without having to increase the mass of the exchanger.
Cambio de tensión eléctrica: esta solución consiste en aumentar la tensión de alimentación hasta alcanzar la potencia necesaria en un serpentín tubular de acero inoxidable, cobre o cualquier otro material. En este caso se puede encontrar un compromiso óptimo para cualquier material dotado de suficiente resistencia mecánica, con el riesgo sin embargo de tener que gestionar tensiones peligrosas, que son costosas de alcanzar con las baterías, en el caso de un metal de alta resistividad. Lo mismo es válido para el caso contrario, es decir, un metal con baja resistividad, en el que se debe gestionar una corriente de varios miles de Amperios.Change of electrical voltage: this solution consists of increasing the supply voltage until reaching the necessary power in a tubular coil made of stainless steel, copper or any other material. In this case, an optimal compromise can be found for any material endowed with sufficient mechanical resistance, with the risk, however, of having to manage dangerous voltages, which are costly to reach with batteries, in the case of a metal with high resistivity. The same is valid for the opposite case, that is, a metal with low resistivity, in which a current of several thousand Amps must be managed.
Elección de las características físico-químicas del material. El solicitante de la presente invención ha localizado el metal que optimiza la tensión de funcionamiento de una batería convencional de 12 o 24 V. Por ello, la serpentina tubular es preferentemente de titanio, una forma de tubo de pared delgada capaz de alcanzar los 12 Voltios con un tiempo de calentamiento inferior a los tres segundos. Alternativamente, se podría fabricar un material óptimo para la serpentina mediante capas de metales ordinarios con características eléctricas y físicas complementarias, como, por ejemplo, acero inoxidable, cobre, oro.Choice of physical-chemical characteristics of the material. The applicant of the present invention has located the metal that optimizes the operating voltage of a conventional 12 or 24 V battery. Therefore, the tubular coil is preferably made of titanium, a form of thin-walled tube capable of reaching 12 Volts. with a heating time of less than three seconds. Alternatively, an optimal material for the coil could be made by layering ordinary metals with complementary electrical and physical characteristics, eg stainless steel, copper, gold.
Otro problema resuelto con la presente invención se refiere a la comprobación del valor de la temperatura del intercambiador de calor. Un termopar normal no permite medir la temperatura de un serpentín tubular que, por lo tanto, cambia rápidamente. De hecho, debido al principio de indeterminación entre dos cantidades relacionadas, la masa del termómetro siendo alta con respecto a la masa local de la serpentina tubular afectaría demasiado la medida. Además, la medida se realizaría en cualquier caso en un lugar y con un retraso dado por la constante de tiempo provocada por la masa del termómetro. Por este motivo, se ha optado por medir la resistencia del propio serpentín tubular con un método voltiamperio, comparándola con la caída de tensión de una pequeña carga en serie compuesta por un elemento de muestra, en este caso una porción tubular del intercambiador de calor adaptado para operar como una resistencia. Conociendo con suficiente precisión la resistencia del elemento de muestra, también es posible estimar la corriente entregada por la batería, en este caso el acumulador electroquímico, infiriendo deducciones sobre su carga y estado de salud, hasta poder señalar la caída de desempeño debido al envejecimiento y la necesidad de un reemplazo. Dicha prueba se puede realizar sin necesidad de entregar niebla, bastando simplemente con llevar el dispositivo a su temperatura.Another problem solved with the present invention relates to checking the temperature value of the heat exchanger. A normal thermocouple does not allow the temperature of a tubular coil to be measured, which therefore changes rapidly. In fact, due to the uncertainty principle between two related quantities, the mass of the thermometer being high with respect to the local mass of the tubular coil would affect the measurement too much. In addition, the measurement would be carried out in any case in one place and with a delay given by the time constant caused by the mass of the thermometer. For this reason, it has been decided to measure the resistance of the tubular coil itself with a volt-ampere method, comparing it with the voltage drop of a small series load made up of a sample element, in this case a tubular portion of the adapted heat exchanger. to operate as a resistor. Knowing with sufficient precision the resistance of the sample element, it is also possible to estimate the current delivered by the battery, in this case the electrochemical accumulator, inferring deductions about its charge and state of health, until it is possible to point out the drop in performance due to aging and the need for a replacement. Said test can be carried out without the need to deliver mist, simply by bringing the device to its temperature.
Sin embargo, dadas las corrientes utilizadas, no es suficiente hacer una comparación directa suponiendo que la temperatura del elemento de muestra no se ve afectada ni por la corriente circulante ni por la audición de conducción: de hecho, el elemento de muestra se calienta mucho cambiando su resistencia interna. Para reducir este fenómeno, se ha aprovechado directamente el fluido generador de niebla junto con su circulación. En particular, las cargas del elemento de muestra se han realizado de forma tubular y se ha hecho circular el fluido primero en ellas y luego en el serpentín tubular. De esta forma, se estabiliza su temperatura, lo que permite una medida lo suficientemente precisa para sus fines.However, given the currents used, it is not enough to make a direct comparison by assuming that the temperature of the sample element is affected neither by the circulating current nor by the conduction hearing: in fact, the sample element gets very hot by changing its internal resistance. To reduce this phenomenon, the fog-generating fluid has been used directly together with its circulation. In particular, the sample element loads have been made tubular and the fluid has been circulated first in them and then in the tubular coil. In this way, its temperature is stabilized, which allows a measurement accurate enough for its purposes.
El uso de esta técnica permite además realizar una medida media ponderada de la temperatura, sin verse afectada por posibles puntos demasiado calientes o demasiado fríos. Obviamente, es posible en principio no controlar la temperatura del serpentín tubular, pero el riesgo es sobrecalentar el fluido, haciéndolo degenerar, y uno está casi obligado a no aislar térmicamente el serpentín tubular para hacer menos inestable el sistema térmico.The use of this technique also allows a weighted average measurement of temperature to be made, without being affected by possible points that are too hot or too cold. Obviously, it is possible in principle not to control the temperature of the tubular coil, but the risk is to overheat the fluid, causing it to degenerate, and one is almost obliged not to thermally insulate the tubular coil in order to make the thermal system less unstable.
Otro problema resuelto por la presente invención se refiere al control y optimización de la distribución de temperatura. En el interior del serpentín tubular ocurren varios fenómenos, bien por la variación de fase del fluido, o bien en función de la cavitación por exceso de potencia insertada, ebullición local sólo en la superficie, que crea una capa de gas aislante entre la pared del serpentín tubular y el líquido. Tales fenómenos pueden cambiar el proceso de eliminación de calor. La disminución de la temperatura local bajo una condición de mayor absorción crea una disminución de la temperatura local también de la serpentina tubular en ese lugar. Este efecto reduce la resistividad en la sección enfriada, los metales tienen un coeficiente de temperatura positivo de la resistividad, consecuentemente reduciendo linealmente la potencia disipada en esa sección. Este efecto provoca una reacción positiva del sistema local, que enfría aún más la sección ya enfriada. En otras palabras, un dispositivo que intenta en una sola etapa obtener la vaporización completa puede ser localmente inestable. Para obtener la estabilización en este caso, se puede reducir la relación masa térmica/potencia del dispositivo.Another problem solved by the present invention concerns the control and optimization of the temperature distribution. Various phenomena occur inside the tubular coil, either due to fluid phase variation, or due to cavitation due to excess power inserted, local boiling only on the surface, which creates a layer of insulating gas between the wall of the tubular coil and the liquid. Such phenomena can change the heat removal process. The local temperature decrease under a higher absorption condition creates a local temperature decrease also of the tubular coil at that location. This effect reduces the resistivity in the cooled section, metals have a positive temperature coefficient of resistivity, consequently linearly reducing the power dissipated in that section. This effect causes a positive reaction of the local system, which further cools the already cooled section. In other words, a device that attempts to achieve complete vaporization in a single step may be locally unstable. To obtain stabilization in this case, the thermal mass/power ratio of the device can be reduced.
Para evitar tener que recurrir a esta reducción, el intercambiador se puede dividir en varios serpentines tubulares, cada uno de ellos con un anillo de control independiente, preferentemente dos.To avoid having to resort to this reduction, the exchanger can be divided into several tubular coils, each with an independent control ring, preferably two.
Finalmente, el modo de funcionamiento del dispositivo de la presente invención permite optimizar los tiempos de calentamiento y maximizar la potencia térmica transferida a un fluido para la generación de niebla. A través de un algoritmo de control, es posible optimizar los tiempos de calentamiento y maximizar la potencia transferida al fluido. Al encenderse, cada sección de tubo alcanza su temperatura final. En ese momento, el fluido se introduce de forma controlada, comenzando desde cero, hasta que la primera sección del tubo ya no puede mantener el valor de temperatura de estado estable. Este punto es el caudal máximo que el dispositivo puede soportar y gestionar. Ahora se regula la velocidad de la bomba para mantener constante la temperatura de la sección de tubo que se enfría primero. En las demás secciones de tubo se autorregula su temperatura para mantenerla constante.Finally, the mode of operation of the device of the present invention makes it possible to optimize heating times and maximize the thermal power transferred to a fluid for generating mist. Through a control algorithm, it is possible to optimize heating times and maximize the power transferred to the fluid. Upon ignition, each tube section reaches its final temperature. At that time, the fluid is introduced in a controlled manner, starting from zero, until the first tube section can no longer maintain the steady state temperature value. This point is the maximum flow that the device can support and manage. The speed of the pump is now regulated to keep the temperature of the section of pipe that cools first constant. In the other sections of the tube, its temperature is self-regulated to keep it constant.
Se pueden realizar varios esquemas de conexión de las secciones tubulares por los que pasa el fluido, convenientemente combinados según el fluido a tratar, según el caudal y tipo de fluido generador de niebla a vaporizar. Various connection schemes can be made for the tubular sections through which the fluid passes, conveniently combined depending on the fluid to be treated, depending on the flow rate and type of mist-generating fluid to be vaporised.
Con referencia a la Figura 3, un esquema adecuado a un dispositivo para generar niebla con alto caudal permite reducir las pérdidas de carga mediante un precalentamiento a lo largo de secciones de tubo en paralelo, cuando el fluido está en su fase líquida, es decir con más resistencia por deslizamiento y mejor inercia térmica, y por un sobrepaso a lo largo de secciones de tubo en serie, cuando el fluido tiende a su fase de vapor sobrecalentado. Así, el fluido frena en los primeros conductos, en 1/n, donde n es el número de conductos y acelera junto al sobrecalentador en serie para la evaporación final, donde se necesita la máxima velocidad de flujo, para garantizar una mayor violencia de disparo.With reference to Figure 3, a diagram suitable for a device to generate fog with a high flow rate allows reducing pressure drops by means of preheating along parallel tube sections, when the fluid is in its liquid phase, that is to say with more resistance by sliding and better thermal inertia, and by an overshoot along sections of tube in series, when the fluid tends to its superheated vapor phase. Thus, the fluid slows down in the first ducts, in 1/n, where n is the number of ducts, and accelerates together with the superheater in series for the final evaporation, where the maximum flow velocity is needed, to guarantee a greater violence of shot. .
Con referencia a las Figuras 5, 6, una configuración preferida del dispositivo para generar niebla 1 de la presente invención comprende:With reference to Figures 5, 6, a preferred configuration of the mist generating device 1 of the present invention comprises:
- una sala 2 que contiene el tanque 30. El tanque 30 es una bolsa presurizada conectada a medios de presurización que comprenden una válvula, no mostrada. Alternativamente, el tanque 30 puede ser del tipo conectado a medios 20 de presurización que comprenden una bomba;- a room 2 containing the tank 30. The tank 30 is a pressurized bag connected to pressurizing means comprising a valve, not shown. Alternatively, tank 30 may be of the type connected to pressurizing means 20 comprising a pump;
- una 3 boquilla;- a 3 nozzle;
- LED 4 de señalización;- LED 4 signaling;
- salida 5 de cables de batería;- output 5 of battery cables;
- un conector 6 de 230 voltios; - a 230 volt connector 6;
- orificios 7 de ventilación;- ventilation holes 7;
- USB;-USB;
- entrada 8 de cables;- cable entry 8;
- salida 9 del ventilador. - outlet 9 of the fan.
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