PT2185990E - Controlo de débito - Google Patents
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Description
DESCRIÇÃO
Controlo de débito ENQUADRAMENTO DO INVENTO 1. Campo do invento 0 presente invento refere-se a um aparelho para controlar o débito de água aquecida desde uma caldeira até uma saida de água, um sistema de alimentação de água aquecida e um método de alimentação de água aquecida desde uma caldeira através de uma alimentação de água aquecida até uma saida de água. 2. Descrição da técnica relacionada São conhecidos os sistemas para controlar o débito de água que envolvem normalmente a regulação manual de uma torneira ou válvula. Além disso, uma torneira de saída pode ser controlada manualmente para controlar o débito de água. No entanto, quando se recebe água proveniente de uma caldeira, tal como uma caldeira mista a gás, é possível que o débito de água seja tão reduzido que a caldeira aqueça demasiadamente e a água seja cortada. Em alternativa, se o débito de água for demasiado, um volume significativo de água irá passar pela caldeira durante um período de aquecimento, principalmente devido ao aquecimento do equipamento permutador de calor. A patente EP 0 918 270 (Eltek SPA) revela uma válvula termostática para controlar o débito de um fluido. Esta válvula termostática proporciona um débito mínimo permanente através da 1 válvula e mantém uma abertura na válvula tendo um nível constante através da válvula.
BREVE RESUMO DO INVENTO
De acordo com um aspecto do presente invento, é proporcionado um aparelho para controlar o débito de água aquecida desde uma caldeira até uma saída de água, compreendendo: uma caixa principal definindo uma entrada, uma saída, e um percurso estendendo-se da dita entrada para a dita saída, uma abertura variável entre a dita entrada e a dita salda, uma abertura fixa entre a dita entrada e a dita salda, e um mecanismo de regulação sensível à temperatura configurado para ajustar a dita abertura variável entre uma posição totalmente fechada e uma posição aberta; e o dito mecanismo de regulação sensível à temperatura compreendendo um dispositivo sensível à temperatura compreendendo um alojamento rígido que aloja um material expansível com um grau de expansão que aumenta com o aumento da temperatura, e uma haste rígida tendo uma primeira extremidade ligada de forma operacional ao dito material expansível e uma segunda extremidade que está fixa relativamente ao dito alojamento principal, o dito mecanismo de regulação sensível à temperatura estando configurado para que o dito alojamento rígido seja configurado para se deslocar relativamente à dita segunda extremidade em resposta a uma variação na temperatura da água para que o débito de água total aumente em função do aumento de temperatura; caracterizado por: a dita abertura fixa incluir um dispositivo de regulação para regular o grau de débito permanente.
De acordo com um segundo aspecto do presente invento, é proporcionado um sistema de alimentação de água aquecida 2 compreendendo: uma caldeira; uma série de saldas de água, uma alimentação de água fria à dita caldeira; uma alimentação de água aquecida da dita caldeira para alimentação de água aquecida a uma saida de água; e um aparelho para controlar o débito de água aquecida desde uma caldeira até uma saida, localizada dentro da dita alimentação de água aquecida.
De acordo com um terceiro aspecto do presente invento, um processo de alimentação de água aquecida desde uma caldeira através de uma alimentação de água aquecida para uma saida de água, o dito processo compreendendo os passos de: recepção do aparelho para controlar o débito de água aquecida de uma caldeira para uma saida, e a localização do dito aparelho recebido dentro da dita alimentação de água aquecida.
BREVE DESCRIÇÃO DAS VÁRIAS VISTAS DOS DESENHOS a figura 1 mostra os passos executados no fornecimento de água aquecida; a figura 2 mostra um sistema de produção de água quente; a figura 3 é uma vista explodida de um dispositivo de controlo de débito; a figura 4 ilustra um dispositivo sensível à temperatura numa primeira condição; a figura 5 ilustra um dispositivo sensível à temperatura numa segunda condição; a figura 6 ilustra um dispositivo de controlo de débito numa posição inicial; a figura 7 ilustra um dispositivo de controlo de débito numa posição subsequente; e a figura 8 ilustra os passos na operação de um dispositivo de controlo de fluxo. 3
DESCRIÇÃO DO MELHOR MODO DE EXECUÇÃO DO INVENTO
Figura 1 A figura 1 mostra os passos executados no fornecimento de água aquecida. No passo 101, a torneira de água quente é aberta. Em resposta, a água fria entra numa caldeira no passo 102, após o que a caldeira dá inicio a uma função de aquecimento de água no passo 103. No passo 104 a água quente sai da torneira de água quente aberta.
Um problema existente conhecido com alguns tipos de caldeira reside no facto de a água que sai da torneira de água quente aberta estar muitas vezes, e durante alguma tempo, a uma temperatura inferior à temperatura de água quente pretendida, até se atingir a temperatura de água quente pretendida. Isto deve-se, muitas vezes, a um atraso entre o momento de entrada da água na caldeira para aquecimento e a caldeira aquecer a água à temperatura pretendida. Nalgumas situações, a água que corre na torneira de água quente e que está a uma temperatura inferior à temperatura pretendida não é utilizada para o seu objectivo pretendido. Para além do desperdício desta água, desperdiça-se energia na caldeira para aquecer a água desperdiçada.
Alguns tipos de caldeira mantêm uma quantidade de água de reserva que está aquecida à temperatura pretendida. Um problema destas caldeiras é que quando a torneira de água quente é aberta, a quantidade de reserva de água de reserva é enviada à temperatura preferida, após o que corre água a uma temperatura inferior, após o que se segue, por seu lado, água à temperatura pretendida. Esta flutuação de temperatura deve-se, mais uma 4 vez, a um atraso entre o momento de entrada da água fria na caldeira para aquecimento e o aquecimento da água na caldeira até à temperatura pretendida.
Nalguns sistemas é possível influenciar a saída de água quente alterando o grau de abertura da torneira de água quente. Especificamente, nestes sistemas, é possível aumentar a temperatura de água de saída reduzindo o débito de saída de água. Com efeito, isto retém a água que entra na caldeira para aquecimento durante mais tempo, para aumentar a duração de aquecimento da água de saída. No entanto, é muitas vezes difícil prever o grau de abertura ou de fecho necessários de uma torneira para se conseguir a temperatura pretendida da água de saída. Isto pode ser ainda mais difícil de avaliar quando uma torneira permite apenas um quarto de volta da cabeça da torneira ou da alavanca, por exemplo entre a posição totalmente fechada e a posição totalmente aberta.
Também se verifica que algumas caldeiras interromperão o débito de água quando o valor limite máximo de temperatura é detectado. Isto pode aumentar as flutuações de temperatura na água aquecida, devido às flutuações no débito de água. Também podem ser introduzidos desvios operacionais através de uma regulação inicial insatisfatória de uma caldeira, ou através de manutenção insuficiente, por exemplo. É desejável reduzir o volume de saída de água aquecida que não esteja à temperatura pretendida e reduzir as flutuações na temperatura da água de saída aquecida.
Figura 2 A figura 2 ilustra um sistema de aquecimento de água quente compreendendo uma válvula 201 para controlar o débito de 5 água aquecida de uma caldeira 202 até pelo menos uma de uma série de saídas de água, tal como a torneira 203. A caldeira 202 está configurada para receber água fria da rede principal 204 . A caldeira neste exemplo é uma caldeira mista configurada para proporcionar aquecimento central, para além de aquecimento de água. Neste exemplo, a caldeira 202 queima gás para produzir calor. A caldeira 202 inclui um permutador de calor para a alimentação de água quente, e a água é encaminhada para esse permutador de calor após detecção do fluxo de água para uma da pluralidade de saídas de água. A válvula de controlo de fluxo 201 está localizada numa alimentação de água aquecida 205 entre a caldeira e a saída, para que o débito de água seja limitado durante um período inicial, durante o qual a temperatura de água alimentada desde a caldeira é relativamente baixa, e o débito de água aumenta à medida que a temperatura da água quente da caldeira aumenta. Neste exemplo, a alimentação de água aquecida 205 compreende um tubo. Como será descrito em maior detalhe abaixo, a válvula de controlo de fluxo 201 funciona para reduzir o débito de água enquanto os componentes da caldeira são aquecidos, eduzindo assim o tempo necessário para a caldeira atingir uma temperatura operacional preferida.
Figura 3 A figura 3 é uma vista explodida de um dispositivo de controlo de débito. O dispositivo de controlo de débito 201 compreende um alojamento principal 301 definindo uma entrada, indicada pela seta 302, e uma saída, indicada pela seta 303. A válvula de controlo de fluxo 201 está configurada para receber 6 um fluxo de água que a atravessa, na direcção indicada pela seta 304, desde a entrada até à saída. O dispositivo de controlo de débito inclui uma abertura fixa (não ilustrada nesta figura) entre a entrada e a saída, e uma abertura variável (não ilustrada nesta figura) entre a entrada e a saída. A abertura fixa permite um débito relativamente baixo de água a qualquer temperatura. 0 dispositivo de controlo de débito 201 também inclui um mecanismo de regulação sensível à temperatura configurado para ajustar a abertura variável entre uma posição totalmente fechada e uma posição aberta. O mecanismo de regulação sensível à temperatura compreende um dispositivo sensível à temperatura 305, uma mola 306 e um elemento de parede de retenção 307. O dispositivo sensível à temperatura está descrito em maior detalhe com referência às figuras 4 e 5, e o mecanismo de regulação sensível à temperatura está descrito em maior detalhe com referência às figuras 6 e 7. A abertura variável está inicialmente fechada para inibir o fluxo de água fria, mas está configurada para abrir subsequentemente, para permitir o fluxo de água aquecida.
Quer a extremidade de entrada quer a extremidade de saída têm um arranjo de ligação para permitir que o dispositivo de controlo de débito 201 seja fixo relativamente à tubagem de alimentação de água quente. O arranjo de ligação pode variar entre exemplos, e pode compreender um componente roscado, um elemento de fixação ou uma anilha, por exemplo. Neste exemplo, o alojamento principal 301 está configurado para ser retido alinhado e substancialmente coaxial com a tubagem de alimentação de água quente. A secção transversal do alojamento principal pode ter qualquer forma, mas tem, de preferência, uma forma regular tal como uma forma substancialmente cilíndrica, 7 uma forma substancialmente hexagonal ou uma forma substancialmente octogonal, por exemplo. 0 alojamento principal 301 define uma abertura 308 através da parede exterior do alojamento 301, através da qual um dispositivo de regulação de abertura fixa 309 se estende para o alojamento principal 301. 0 dispositivo de regulação de abertura fixa permite a escolha de um grau de abertura da abertura fixa. O dispositivo de regulação de abertura fixa 309 é proporcionado com meios de regulação de posição 310 para facilitar a configuração do dispositivo de regulação de abertura fixa entre uma posição de débito total e uma posição de débito restrito.
Neste exemplo, um dispositivo de regulação de abertura fixa 309 compreende um elemento roscado rotativo. O elemento roscado assume a forma de um parafuso e os meios de regulação de posição 310 assumem a forma de uma cabeça de parafuso que define uma fenda para permitir o engate de uma ferramenta, tal como uma chave de fendas, por exemplo, para facilitar a sua rotação. Num exemplo alternativo, é proporcionado um elemento roscado que assume a forma de uma haste que define um canal que o atravessa que se estende substancialmente perpendicularmente ao eixo de haste. Assim, na posição de débito total, toda a abertura do canal a montante está exposta ao fluxo de água, na direcção da seta 304 e, na posição de débito restrito, uma área reduzida de abertura do canal a montante está exposta ao fluxo de água.
Permitindo que a abertura fixa seja ajustada para se adequar a um sistema de aquecimento de água específico, a caldeira desse sistema pode ser impedida de interromper a sua função de aquecimento em resposta à detecção de uma mudança de temperatura da água aquecida da caldeira. 8
Figura 4 0 dispositivo sensível à temperatura 305 está ilustrado na figura 4. 0 dispositivo compreende um alojamento rígido 401, um material expansível (não ilustrado) alojado dentro do alojamento rígido e uma haste 402 que tem uma primeira extremidade (não ilustrada) ligada de forma operacional ao material expansível e uma segunda extremidade 403. Neste exemplo, o material expansível está configurado para se expandir quando aquecido. 0 material expansível pode ser uma cera. A cera pode ser proporcionada na forma de uma cápsula de cera.
Nesta forma de realização, o material expansível é uma cera configurada para se expandir quando aquecida, para que o grau de expansão aumente em função do aumento de temperatura. De forma semelhante, o material expansível está configurado para se contrair em resposta a uma diminuição de temperatura, o grau de contracção do material expansível aumentando em função da diminuição da temperatura. Em resposta à expansão da cera, a haste 402 é empurrada para fora, para que a distância entre a segunda extremidade 403 e o alojamento rígido 401 aumente.
Na figura 4, o dispositivo sensível à temperatura 305 está ilustrado numa condição totalmente retraída. Na condição totalmente retraída, a distância D entre a segunda extremidade 403 da haste 402 e o alojamento rígido 401 é a mais curta possível. O alojamento rígido 401 compreende uma porção de localização a montante 405 e uma porção de tampão 406. Neste exemplo, as superfícies exteriores do dispositivo sensível à temperatura 305 são cilíndricas. No entanto, em exemplos 9 alternativos, a forma das partes componentes pode variar. A porção de tampão 405 tem um diâmetro superior ao da porção de localização a montante 405, para que um primeiro ressalto 407 seja proporcionado entre a porção de localização a montante 405 e a porção de tampão 406. A porção de tampão tem também um diâmetro superior ao da haste 402. A porção de tampão 406 está configurada para apresentar uma superfície inclinada para dentro, extremidade 408 da superfície inclinada na direcção da segunda extremidade 403 da haste 402 tendo um diâmetro inferior.
Figura 5 A figura 5 também ilustra um dispositivo sensível à temperatura 305. Na figura 5, o dispositivo sensível à temperatura 305 está ilustrado numa condição totalmente estendida. Na condição totalmente retraída, a distância D entre a segunda extremidade 403 da haste 402 e o alojamento rígido 401 é a maior possível.
Figura 6 A figura 6 ilustra o dispositivo de controlo de fluxo 201 numa posição inicial, na qual a abertura variável, identificada por 601, está fechada. No entanto, a abertura fixa, identificada por 602, permite que a água corra geralmente na direcção da seta 304. Na posição ilustrada do dispositivo de controlo de fluxo 301, a água pode fluir ao longo de um percurso identificada pela seta 603, através da regulação de abertura permanente 602, e através de uma abertura 604 definida no elemento de parede de retenção 307. 10
No exemplo ilustrado, a abertura variável 601 é substancialmente coaxial com a conduta central de fluxo de água e a abertura permanente 602 é definida numa flange envolvente. Neste exemplo ilustrado, a flange envolvente inclui um furo periférico único, para proporcionar a abertura permanente, no entanto, numa forma de realização alternativa, a flange envolvente inclui uma pluralidade de furos periféricos. A abertura permanente 602 permite um débito de água relativamente baixo a qualquer temperatura. Quando a torneira de água quente é aberta, o fluxo de água através da válvula de controlo de fluxo 301 é restringido quando a temperatura da água é relativamente baixa, reduzindo desta forma o tempo necessário para a caldeira atingir a temperatura de funcionamento preferida. Como será descrito mais completamente abaixo, a abertura variável, que está inicialmente fechada, está configurada para abrir subsequentemente, para permitir a passagem de água aquecida a uma maior temperatura.
Em utilização, a porção de localização a montante 405 do dispositivo sensível à temperatura 305 está localizada dentro da mola 306. Uma primeira extremidade 605 da mola 306 encosta a um primeira ressalto 407. A segunda extremidade 606 da mola 306 está fixa relativamente ao alojamento principal 301. Em utilização, a segunda extremidade 403 da haste 402 está fixa relativamente ao alojamento principal 301. Neste exemplo, a segunda extremidade 403 da haste 402 está localizada dentro do elemento de parede de retenção 307, que por seu lado está fixo relativamente ao alojamento principal.
No arranjo ilustrado na figura 6, a abertura variável 601 é fechada por uma porção de tampão 406 do dispositivo sensível à temperatura 605. A mola 606 está disposta para forçar o dispositivo sensível à temperatura 305 na direcção da posição 11
Como fechada da abertura variável. Como já foi descrito anteriormente, o dispositivo sensível à temperatura 305 está configurado para que a distância entre o alojamento rígido 401 e a segunda extremidade 403 da haste 402 esteja configurada para aumentar em resposta a um aumento da temperatura da água. Assim, em resposta a um aumento da temperatura da água, a haste 402 estende-se ainda mais do alojamento rígido 401. Como também já foi descrito, a segunda extremidade 403 da haste 402 está fixa relativamente ao alojamento principal 301. Assim, em resposta a um aumento na temperatura da água, a haste 402 estende-se ainda mais para fora do alojamento rígido 401, forçando por seu lado a parte de tampão 406 a montante, na direcção indicada pela seta 607. À medida que a parte de tampão 406 do dispositivo sensível de temperatura corre para montante, a abertura variável 601 é aberta. Deve ser tomado em consideração que o mecanismo de regulação sensível à temperatura do dispositivo de controlo de fluxo está configurado para que o dito alojamento rígido esteja configurado para se deslocar relativamente à dita segunda extremidade em resposta a uma variação da temperatura da água.
Figura 7 A figura 7 ilustra o dispositivo de controlo de fluxo 201 numa posição subsequente, na qual a abertura variável 601 está aberta. Como consequência da água de entrada ser aquecida pela caldeira, a temperatura dentro da válvula de controlo de fluxo 201 aumenta e isto, por seu lado, leva o dispositivo sensível à temperatura 305 a expandir-se no sentido do comprimento. Esta acção leva a que a porção de tampão 406 siga para montante para abrir a abertura variável 601. 12
Pode ver-se que a mola 306 se deslocou para uma condição comprimida para permitir que o maior comprimento do dispositivo sensível de temperatura 305 se aloje dentro do dispositivo de controlo de fluxo 201. Desta forma, o fluxo total de água através do dispositivo de controlo de fluxo 201 aumenta à medida que a temperatura da água aquecida da caldeira aumenta.
Na condição ilustrada do dispositivo de controlo de fluxo 201, a água pode continuar a correr ao longo do percurso 603 através da abertura permanente do canal 316, e pode agora também correr ao longo do percurso 701 através da abertura variável 601 aberta.
Deve considerar-se que o dispositivo de controlo de fluxo 201 está configurado para inibir o fluxo total da água aquecida da caldeira até que o fluxo de água seja detectado como estando a uma temperatura operacional preferida. Assim, o dispositivo de controlo de fluxo funciona para regular ambos os fluxos de água em combinação com a temperatura da água.
Quando a torneira de água quente é fechada, a temperatura da água cai, e a cera do dispositivo sensível à temperatura 305 arrefece e contrai-se em resposta à diminuição na temperatura da água dentro do dispositivo de controlo de fluxo 201. Em resposta, a haste 402 retrai para dentro do alojamento 401 e a mola 306 expande-se no sentido do comprimento. Desta forma, a porção de tampão 406 volta à posição inicialmente fechada ilustrada na figura 6.
Figura 8 A figura 8 mostra os passos na operação do dispositivo de controlo de fluxo aqui descrito, dentro de um sistema de aquecimento de água quente, incluindo uma caldeira. 13
No passo 81 a torneira de água quente é aberta, e a água é deixada correr através da caldeira. Em resposta, no passo 802, a água, qualquer que seja a temperatura, corre através da abertura fixa. Este débito inicial inibido ajuda ao aumento da temperatura dentro do dispositivo de controlo de fluxo e a atingir a temperatura operacional desejada. O funcionamento interno do dispositivo de controlo de fluxo responde à temperatura da água que se aproxima da temperatura operacional desejada. À medida que esta temperatura é atingida, no passo 803, a abertura variável abre, no passo 804, para deixar que a água passe. Consegue-se, assim, o fluxo não inibido de água à temperatura desejada.
Quando a temperatura dentro da válvula de controlo de fluxo diminui subsequentemente, como no passo 805, a parte sensível à temperatura do dispositivo de controlo de fluxo responde para fechar a abertura variável no passo 806. A temperatura dentro da válvula de controlo de fluxo irá diminuir quando a torneira de água quente for fechada. Isto resulta na interrupção do fluxo de água de saída, a caldeira cessando a sua função de aquecimento de água e no arrefecimento da temperatura da água dentro do dispositivo de controlo de fluxo. A temperatura dentro da válvula de controlo de fluxo pode diminuir, no entanto, em resposta à falha de operação da caldeira, e o dispositivo de controlo de fluxo irá reagir de novo para inibir o fluxo de água através dele e, assim, a saída da água da torneira de água quente a uma temperatura relativamente baixa.
Lisboa, 20 de Março de 2012. 14
Claims (13)
- REIVINDICAÇÕES 1. Aparelho (201) para controlar o débito de água aquecida de uma caldeira para uma saída de água, compreendendo: uma caixa principal (301) definindo uma entrada (302), uma saída (303), e um percurso (304) estendendo-se da dita entrada para a dita saída, uma abertura variável (601) entre a dita entrada e a dita saída, uma abertura fixa (602) entre a dita entrada e a dita saída, e um mecanismo de regulação sensível à temperatura configurado para ajustar a dita abertura variável entre uma posição totalmente fechada e uma posição aberta; e o dito mecanismo de regulação sensível à temperatura compreendendo um dispositivo sensível à temperatura (305) compreendendo um alojamento rigido (401) que aloja um material expansível com um grau de expansão que aumenta com o aumento da temperatura, e uma haste rígida (402) tendo uma primeira extremidade ligada de forma operacional ao dito material expansível e uma segunda extremidade (403) que está fixa relativamente ao dito alojamento principal, o dito mecanismo de regulação sensível à temperatura estando configurado para que o dito alojamento rígido seja configurado para se deslocar relativamente à dita segunda extremidade em resposta a uma variação na temperatura da água para que o débito de água total aumente em função do aumento de temperatura; caracterizado por: 1 a dita abertura fixa incluir um dispositivo de regulação (309) para regular o grau de débito permanente.
- 2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, no qual o dito material expansível é cera.
- 3. Aparelho de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, no qual a abertura variável é substancialmente coaxial com um débito de água central, e a dita abertura fixa é um furo periférico numa flange envolvente.
- 4. Aparelho de acordo com a reivindicação 3, no qual a dita flange envolvente inclui uma pluralidade de orifícios periféricos para proporcionar a abertura permanente.
- 5. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, no qual o dito dispositivo de regulação compreende um elemento roscado (309) .
- 6. Aparelho de acordo com a reivindicação 5, no qual o dito elemento roscado define um canal que o atravessa.
- 7. Aparelho de acordo com a reivindicação 6, no qual o dito elemento roscado se prolonga para a abertura fixa, para que a área da abertura do canal a montante que está exposta ao débito de água seja regulada em resposta à rotação do dito elemento roscado.
- 8. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, no qual o dito alojamento principal está configurado para 2 ser mantido numa posição alinhada com os tubos de alimentação de água quente (205) e substancialmente coaxial com estes últimos.
- 9. Sistema de abastecimento de água aquecida, compreendendo: uma caldeira (202); uma série de saldas de água (303); uma alimentação de água fria (304) à dita caldeira; uma alimentação de água aquecida (205) proveniente da dita caldeira para alimentação de água aquecida a uma saída de água; e um aparelho (201) para controlar o débito de água aquecida de uma caldeira até uma saída de acordo com a reivindicação 1, e localizado na dita alimentação de água aquecida.
- 10. Sistema de alimentação de água aquecida de acordo com a reivindicação 9, no qual a dita caldeira compreende um permutador de calor para a alimentação de água quente, no qual a água aquecida é encaminhada para o dito permutador de calor com a detecção do débito de água para uma das ditas saídas de água.
- 11. Método de alimentação de água aquecida de uma caldeira através de uma alimentação de água aquecida a uma saída de água, o dito método compreendendo os passos de: a recepção de um aparelho de acordo com a reivindicação 1, e o posicionamento do dito aparelho recebido na dita alimentação de água aquecida. 3
- 12. Método de acordo com a reivindicação 11, no qual a água se escoa na caldeira atravessando um permutador de calor.
- 13. Método de acordo com a reivindicação 11 ou reivindicação 12, no qual o débito de água aquecida aumenta à medida que a temperatura da água aumenta. Lisboa, 20 de Março de 2012. 4
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