WO2011113979A1 - Dispositivo para el suministro de agua con regulación de caudal y temperatura y métodos para su utilización - Google Patents

Dispositivo para el suministro de agua con regulación de caudal y temperatura y métodos para su utilización Download PDF

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Daniel Lopez Rodriguez
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Inventia 2007, S.L.
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    • G05D23/01—Control of temperature without auxiliary power
    • G05D23/13—Control of temperature without auxiliary power by varying the mixing ratio of two fluids having different temperatures
    • G05D23/1393—Control of temperature without auxiliary power by varying the mixing ratio of two fluids having different temperatures characterised by the use of electric means

Definitions

  • the present invention relates to a water supply system with flow and temperature regulation, of the type comprising a cold water inlet and a hot water inlet, and two solenoid valves for adjusting the cold water flow rates and hot water supplied by the respective inputs to a mixed water outlet, means for selecting by the user the flow rate and temperature of mixed water to be supplied and a control unit that acts on the solenoid valves according to the selection made by the user proportional by varying the flow rates of cold water and hot water, thus adjusting the flow rate and the temperature of mixed water supplied.
  • thermostatic valves and in others of some motorized valves or proportional electrovalves that allow adjusting the flow rates of cold water and hot water necessary to get mixed water at a certain temperature.
  • the proportional electrovalves are arranged in the inlet pipes of cold water and hot water, said pipes then being joined in a single supply conduit of the mixed water.
  • This disposition supposes a first inconvenience of use, since it is necessary that the flows of cold water and hot water circulate with a certain distance through the common exit conduit until a homogeneous temperature of the mixed water is reached, so that the user will notice changes of temperature, due to a lack of homogenization of the temperature of the mixed water, especially when the tap or spout is close to the mixing zone.
  • the control unit When the proportional solenoid valves are in a position close to the closing position, the water pressure at the inlet of the proportional solenoid valves is considerably higher than the pressure existing at the outlet of said proportional solenoid valves, and when the proportional solenoid valves must move a length high, the control unit provides them with a constant energy change, producing in both cases a destabilization of the proportional electrovalves and consequently an irregular variation of the temperature and flow rate of the mixed water obtained and, consequently, the loss of control exercised over the the temperature and the output flow of the system.
  • the water supply device with regulation of flow and temperature object of the invention, has features that allow the stable supply of mixed water with a constant flow rate and temperature selected by the user, by making a mixture between cold water and hot water and a homogenization of said mixture.
  • the arrangement of the flows coming from the mentioned mutually facing electrovalves and interconnected to a homogenization chamber allows a surrounding flow in the chamber making the mixed water temperature more homogeneous than in the mixing chambers of the prior art, in those that the temperature of hot water floats on the cold water and therefore a user notices the lack of homogeneity in the mixture.
  • the present invention guarantees a stable displacement of the plungers of the proportional solenoid valves and a controlled variation of the flows supplied of cold water and hot water in any of the positions and paths of said proportional electrovalves.
  • the device object of the present invention is of the type comprising a cold water inlet and a hot water inlet provided with respective adjustable solenoid valves by means of selection by the user of the flow rate and temperature of mixed water to be supplied and a unit of control for adjusting the flow rates of cold water and hot water supplied by the respective inputs, in which the device further comprises a mixer connected downstream of said solenoid valves and a mixed water outlet in which the inputs to said mixer coming from said electrovalves are mutually opposite.
  • two inlets are defined in the mixer for the connection of cold water and hot water supplies and that are communicated through respective passages with channels arranged perimetrally around mutually opposite entrances, defined in the mixing body and in which are located solenoid solenoid valves provided with respective membranes associated by their central area by means of respective pistons or cores with the respective drive solenoids, displaceable in a controlled manner by a control unit, depending on the selection performed by the user.
  • the pistons of said electrovalves are subjected to a force coming from a spring to guarantee their seal when the solenoid of the solenoid valve is not subjected to an electromagnetic field, that is, the electrovalves are preferably of the normally closed type.
  • the incorporation of said spring to the piston mechanism allows the percentage of opening of said piston when the solenoid is subjected to a magnetic field is constant since the force coming from the piston is balanced to the force generated by the solenoid by action of the solenoid. magnetic field.
  • the control unit of the device according to the present invention implements a positioning that involves a temporary ramp to modify the position of the solenoid valve reducing the hysteresis of the system.
  • the mixer comprises, between the two mutually opposite entrances, a homogenization chamber arranged coaxially with the said mutually opposite entrances and in which the frontal collision of the incoming flows of cold water and hot water occurs and the homogenization of the temperature of the mixed water, said homogenization chamber being provided, in its intermediate zone, with an outlet for the supply of the mixed water.
  • the frontal collision of the cold water and hot water flows inside the homogenization chamber favors its mixing, so that the mixed water leaves said homogenization chamber at a homogeneous temperature, and is ready for supply through a faucet or spout that can be very close to said homogenization chamber, without the user appreciate the usual temperature changes due to irregular mixing.
  • the outlet defined, preferably equidistantly at each end of the homogenization chamber, comprises a retention disk with a hole of a size smaller than that of the outlet pipe to restrict the passage of water towards the outlet, guaranteeing the existence inside the homogenization chamber of a slight pressure for stabilization, linearity and robustness of the positioning of the cores or pistons of the proportional electrovalves in the selected work points, provided that there is flow through at least one of the solenoid proportional solenoid valves.
  • control unit has a microcontroller, a computer program or the like through a positioning system, based on a matrix work map, and depending on the selection made by the user through a panel or control means performs the positioning of the pistons or cores of the proportional electrovalves to vary the temperature and the flow rate of the water supplied.
  • the calibration of the device comprises the generation of an operation matrix comprising the steps of:
  • the matrix is interpolated in such a way that all the elements corresponding to the same row are the pair of positions of the electrovalves to maintain the same flow at different temperatures.
  • the matrix is interpolated in such a way that all the elements corresponding to the same row are the pair of positions of the electrovalves to maintain the same temperature at different flow rates.
  • the step of establishing operation consists in selecting by means of selection the point of the matrix in which the device is intended to act.
  • the establishment is carried out step by step adding a single unit in only one coordinate of the matrix and when transmitting the data of a cell of said matrix to the electrovalves these are opened or closed in correspondence to the value of the cell.
  • control unit preferably transforms the signal coming from the matrix into electromagnetic signals on the solenoid of at least one of the solenoid valves to cause a movement of the piston.
  • the cold water and hot water inlets are provided with respective flow meters and respective temperature probes. Said temperature and flow probes are preferably disposed upstream of the solenoid valve.
  • the microprocessor based on the inlet temperatures of cold water and hot water, and the choice made by the user through a panel or selection means, performs a thermal calculation and determines the flow rates of cold water and hot water necessary to achieve the supply, through the outlet of the homogenization chamber, of the mixed water flow and temperature chosen by the user; by repositioning the pistons or cores of the proportional electrovalves to vary the temperature and the flow rate of the water supplied in the positions corresponding to the calculation made. Therefore, in this embodiment the system performs the thermal calculation based on the inlet temperatures of the cold water and hot water, adjusting the flow rates of cold and hot water to obtain mixed water with the flow rate and temperature chosen by the user.
  • the measurements of minimum temperature, minimum flow rate, maximum temperature and maximum flow rate are made in at least one service point to determine the operating limits of the device and are stored in said device as limits of default operation.
  • the values of minimum temperature, minimum flow rate, maximum temperature and maximum flow rate for at least two outputs are stored in the calibration stage and, depending on the maximum flow and temperature values, the user is informed of the operating limit conditions for each point. of service.
  • at least one solenoid valve is opened in relation to the comparison of the calculated output parameters with the parameters established by the user.
  • the method comprises the steps of:
  • Figure 1 shows an elevation view of an embodiment of the system with the sectioned mixing body.
  • Figure 2 shows a perspective view of the electrovalves mounted in opposite positions.
  • Figure 3 shows the internal operation of a mixing electrovalve according to the present invention.
  • Figure 4 corresponds to a device according to the present invention encapsulated showing the arrangement of its inputs and outputs.
  • Figure 5 shows an exploded view of a device according to the present invention.
  • Figure 6 shows the device of figure 5 with a partial assembly.
  • Figure 7 shows a flow chart of the calibration procedure of the device of Figures 1-6.
  • Figure 8 shows a flowchart of the operating procedure of the device of Figures 1-7.
  • Figure 9 shows a second embodiment of a device according to the present invention that incorporates temperature and flow probes.
  • Figure 10 shows the device of figure 8 installed in a connection according to the prior art.
  • the water supply system with flow and temperature regulation comprises a mixing body or mixer -1- in which two inlets or inlets -2-, -3- are defined for the connection of cold water and hot water supplies.
  • Said inlets -2-, -3- are communicated through separate passages -23-, -33- with channels -41-, -51- arranged perimetrally around each mouths -4-, -5- mutually facing, defined in the mixing body -1- and in which there are disposed proportional electrovalves -6-, -7- provided with respective membranes -61-, -71- associated by their central area by means of separate cores or pistons - 62-72- with the solenoids (not shown) of the respective solenoid valves.
  • the mixing body -1- comprises between the two mouths -4-, -5- a homogenization chamber -8- arranged coaxially with said mouths -4-, -5- and in which the frontal impact of the flows occurs.
  • Figure 3 shows the trajectories of water circulation through the interior of the system with dashed arrows, which illustrates that a circulating flow is generated in the homogenization chamber, which causes a first mixture between the water coming from the inlet -2- of cold water and the entrance -3- of hot water.
  • the outlet -9- comprises a holding disc -10- with a hole -101- to restrict the passage of mixed water -AM- and guaranteeing the existence in the interior of the homogenization chamber -8- of a slight pressure for stabilization, linearity and robustness of positioning of the cores or pistons -62-, -72- of the proportional electrovalves -6-, -7- in the work points selected, provided that there is flow through at least one of the proportional solenoid valves -6-, -7- of solenoid.
  • the arrangement of this retention hole -101- causes that in the outlet pipe a turbulence will be generated that would generate a second mixing, further reinforcing the homogenization.
  • This retaining orifice is of a smaller diameter than the diameter of the outlet mouth -9-.
  • the system comprises a control unit -11- responsible for controlling the operation of the system and for positioning the cores or pistons -62-, -72- independently in the appropriate positions to allow the step of certain flows of cold water -AF- and hot water -AC- and perform the supply of mixed water -AM- according to the parameters selected by the user in selection means -12- represented by a panel connected to said control unit -11-.
  • Figure 4 shows an arrangement in which the mouth -3- of hot water inlet, the mouth -2- of cold water inlet, the outlet mouth -9- and two stuffing box -201-, -202- are shown. for the inputs of the selection and power supply means.
  • a method for effecting regulation of the flow rate and temperature in a device according to the present invention comprises the calibration and subsequent operation based on an operation matrix. Said calibration procedure is illustrated in the flow chart of Figure 7.
  • each row corresponds to a temperature and each column corresponds to a flow.
  • the rows could correspond to flows and the columns to temperatures maintaining the same inventive concept.
  • Each element of the matrix is composed of a pair of values and each value corresponds to a value related to the opening of each of the device's solenoid valves.
  • the calibration is carried out, first, by determining the four values corresponding to the coordinates of two opposite ends of the matrix and then performing the calculation of the remaining elements.
  • the cold water flow is increased until the minimum cold water flow -1001- is found, subsequently the minimum temperature required by the user is found with this minimum flow -1002-. Once this point is located, the data pair corresponding to the flow at this point are stored as an end element of the matrix.
  • the solenoid valves are then repositioned until reaching the maximum temperature point with this minimum flow -1003-, then the flow rate is increased until the maximum flow rate is reached with the previously selected maximum temperature -1004-. Once this point is located, the data pair corresponding to the flow at this point is stored as an element at the opposite end of the previously stored end of the matrix.
  • the proportional electrovalves -6-, -7- receive from the selection means -12- a temperature or flow rate user request.
  • Said control unit modifies the matrix position corresponding to the new setpoint and positions the cores or pistons -62-, -72- of the solenoid valves -6-, -7- in the positions defined in the matrix to supply mixed water -AM- with the flow and temperature chosen by the user in the selection means.
  • Figure 8 shows a flow chart of the operation of a device according to the present invention.
  • the positions of the matrix corresponding to the rows e "Y" have been designated the positions of the matrix corresponding to the columns.
  • the procedure starts -2001- when the device is turned on.
  • the device can start at any position in the matrix previously defined by the user -2002-. This initial position is defined as the position of the matrix -2003-. Later it is determined if the user has pressed one of the control options available to him, these options are: increase of flow -2004-, decrease of flow -2006-, increase of temperature -2008-, decrease of temperature -2010-, shutdown of the device -2012-, among others. If the user requires a flow increase, the current position of the row -2005- is increased by one unit, if, on the other hand, the user requires a decrease in the flow rate, a decrease of one unit is made the current position of the row -2007 -
  • control unit 11 Each time a change of position is made in the matrix -2003- the control unit according to the present invention repositions the electrovalves representing the variation of temperature or flow required by the user.
  • the control unit 11 is an integrated circuit 110 disposed on the device and comprising a microprocessor.
  • the displacement of the cores or pistons by the control unit is carried out by means of positioning control means of each one of the electrovalves of solenoid for mixing fluids, which apply the necessary energy to the respective solenoids progressively as described in the matrix described above.
  • Figure 9 shows another example of embodiment, in which the device according to the present invention has temperature probes -21-, -31- and flow probes -22-, -32- in addition to previously described elements.
  • the solenoid valves are operated based on the setpoint parameters accessed through the selection means and the parameters measured by the flow and temperature probes.
  • the microprocessor performs an internal calculation and determines the positions in which the valves must be located to obtain the flow and temperature required by the user.
  • the device according to the present invention requires a calibration process in which the maximum and minimum flow rate at the output of the device is defined.
  • This calibration procedure is particularly advantageous when the device is implemented in an installation with multiple electrovalves disposed at service points that are fed from the output 9 of the device.
  • the procedure consists of determining the maximum and minimum flow rates and temperatures for each of the outputs taking into account that the resistance Hydraulic in each of the outputs could be variable. Once the flow values are stored in each output, the control unit performs the exact calculations to maintain the energy balance independently of the variations in hydraulic resistance that the different service points may have.
  • Figure 10 refers to a device according to the present invention installed in a conventional water installation.
  • the device comprises, in addition to the above described, a power cable -120- and a cable -121- for the tactile interface.
  • the devices may incorporate elements of industrial communication and / or internet, such as a communications card, in order to have direct accessibility and monitoring of the system and be able to remotely modify all the configuration values described above, being able to have a remote consumption display, turn off systems and configure the maximum temperatures in the control unit.
  • a communications card such as a communications card

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Abstract

Dispositivo para el suministro de agua con regulación de caudal y temperatura y métodos para su utilización. Dispositivo de regulación de caudal y temperatura, del tipo de los que comprenden una entrada de agua fría y una entrada de agua caliente provistas de sendas electroválvulas regulables mediante unos medios de selección por parte del usuario del caudal y temperatura de agua mezclada a suministrar y una unidad de control para el ajuste de los caudales de agua fría y agua caliente suministrados por las respectivas entradas, en el que el dispositivo comprende además un mezclador conectado aguas abajo de dichas electroválvulas y una salida de agua mezclada caracterizado porque las entradas a dicho mezclador provenientes de dichas electroválvulas se encuentran mutuamente enfrentadas.

Description

DISPOSITIVO PARA EL SUMINISTRO DE AGUA
CON REGULACIÓN DE CAUDAL Y TEMPERATURA Y MÉTODOS PARA SU UTILIZACIÓN
DESCRIPCIÓN
La presente invención se refiere a un sistema de suministro de agua con regulación de caudal y temperatura, del tipo de los que comprenden una entrada de agua fría y una entrada de agua caliente, y sendas electroválvulas para el ajuste de los caudales de agua fría y agua caliente suministrados por las respectivas entradas hacia una salida de agua mezclada, unos medios de selección por parte del usuario del caudal y temperatura de agua mezclada a suministrar y una unidad de control que en función de la selección realizada por el usuario actúa sobre las electroválvulas proporcionales variando los caudales de agua fría y agua caliente, ajusfando, de esta manera, el caudal y la temperatura de agua mezclada suministrada.
Son conocidos diferentes sistemas para el suministro a una temperatura ajustables de agua mezclada, obtenida a partir de una entrada de agua caliente y de una entrada de agua fría.
Estos sistemas disponen en algunos casos de válvulas termostáticas y en otros de unas válvulas motorizadas o de unas electroválvulas proporcionales que permiten ajusfar los caudales de agua fría y agua caliente necesarios para conseguir agua mezclada a una cierta temperatura.
Algunos ejemplos de estos sistemas se encuentran descritos en el modelo de utilidad ES 1 067 222 U del mismo solicitante, en la solicitud de patente europea EP0195271, o en la patente US 4756030. Sin embargo la obtención de agua mezclada con un caudal y una temperatura estables, y acordes con la selección del usuario, resulta especialmente compleja ya que requiere un control rápido y fiable de las válvulas empleadas para regular los caudales de agua fría y agua caliente .
En estos sistemas es frecuente utilizar una sonda de temperatura dispuesta en el conducto o tubería de salida del agua mezclada y utilizar los valores proporcionados por dicha sonda de temperatura para variar la posición de las electroválvulas proporcionales .
En los sistemas conocidos, las electroválvulas proporcionales se disponen en los conductos de entrada de agua fría y agua caliente, uniéndose posteriormente dichos tubos en un conducto único de suministro del agua mezclada .
Esta disposición supone un primer inconveniente de uso, ya que es necesario que los caudales de agua fría y agua caliente circulen con untamente una cierta distancia por el conducto común de salida hasta conseguir una temperatura homogénea del agua mezclada, por lo que el usuario notará cambios de temperatura, debido a una falta de homogeneización de la temperatura del agua mezclada, especialmente cuando el grifo o surtidor se encuentre próximo a la zona de mezclado .
Otro de los inconvenientes de estos sistemas es la dificultad de control de las electroválvulas proporcionales durante los cambios de posición de las mismas y especialmente durante las fases iniciales de apertura y de cierre, y durante los desplazamientos de mayor longitud, por ejemplo entre las posiciones extremas de apertura y cierre.
Cuando las electroválvulas proporcionales se encuentran en una posición próxima a la de cierre, la presión de agua a la entrada de las electroválvulas proporcionales es considerablemente superior que la presión existente a la salida de dichas electroválvulas proporcionales, y cuando las electroválvulas proporcionales deben desplazarse una longitud elevada, la unidad de control les proporciona un cambio de energía constante, produciéndose en ambos casos una desestabilización de las electroválvulas proporcionales y consiguientemente una variación irregular de la temperatura y el caudal del agua mezclada obtenida y, en consecuencia, la pérdida del control ejercido sobre la temperatura y el caudal de salida del sistema.
El dispositivo de suministro de agua con regulación de caudal y temperatura, objeto de la invención, presenta unas particularidades que permiten el suministro estable de agua mezclada con un caudal y una temperatura constantes seleccionados por el usuario, mediante la realización de una mezcla entre agua fría y agua caliente y una homogeneización de dicha mezcla.
Sorprendentemente, la disposición de los flujos provenientes de las mencionadas electroválvulas mutuamente enfrentados e interconectadas a una cámara de homogenización permite un flujo circundante en la cámara haciendo que la temperatura de agua mezclada sea más homogénea que en las cámaras de mezclado de la técnica anterior, en los que la temperatura de agua caliente flota sobre el agua fría y por tanto un usuario nota la falta de homogeneidad en la mezcla. Además, la presente invención garantiza un desplazamiento estable de los émbolos de las electroválvulas proporcionales y una variación controlada de los caudales suministrados de agua fría y agua caliente en cualquiera de las posiciones y recorridos de dichas electroválvulas proporcionales.
El dispositivo objeto de la presente invención es del tipo que comprende una entrada de agua fría y una entrada de agua caliente provistas de sendas electroválvulas regulables mediante unos medios de selección por parte del usuario del caudal y temperatura de agua mezclada a suministrar y una unidad de control para el ajuste de los caudales de agua fría y agua caliente suministrados por las respectivas entradas, en el que el dispositivo comprende además un mezclador conectado aguas abajo de dichas electroválvulas y una salida de agua mezclada en el que las entradas a dicho mezclador provenientes de dichas electroválvulas se encuentran mutuamente enfrentadas.
Además, preferentemente, en el mezclador se encuentran definidas dos entradas, para la conexión de los suministros de agua fría y agua caliente y que se comunican a través de sendos pasajes con unos canales dispuestos perimetralmente en torno a sendas entradas mutuamente enfrentadas, definidas en el cuerpo de mezcla y en las que se encuentran dispuestas sendas electroválvulas de solenoide provistas de respectivas membranas asociadas por su zona central mediante sendos émbolos o núcleos con los respectivos solenoides de accionamiento, desplazables de forma controlada por una unidad de control, en función de la selección realizada por el usuario. Aún más preferentemente, cuando los solenoides no están sometidos a fuerza electromagnética alguna, los émbolos de las citadas electroválvulas están sometidos a una fuerza proveniente de un muelle para garantizar su sello cuando el solenoide de la electroválvula no está sometido a un campo electromagnético, es decir, las electroválvulas son, preferentemente, del tipo normalmente cerradas. Sorprendentemente, la incorporación de dicho muelle al mecanismo de émbolo permite que el porcentaje de apertura del citado émbolo cuando se somete el solenoide a un campo magnético sea constante ya que se equilibra la fuerza proveniente del émbolo a la fuerza generada por el solenoide por acción del campo magnético. Además, la unidad de control del dispositivo según la presente invención implementa un posicionamiento que involucra una rampa temporal para modificar la posición de la electroválvula reduciendo la histéresis del sistema.
Por otra parte, el mezclador comprende, entre las dos entradas mutuamente enfrentadas, una cámara de homogeneización dispuesta coaxialmente con las mencionadas entradas mutuamente enfrentadas y en la que se produce el choque frontal de los caudales entrantes de agua fría y agua caliente y la homogeneización de la temperatura del agua mezclada, estando provista dicha cámara de homogeneización, en su zona intermedia, de una boca de salida para el suministro del agua mezclada. El choque frontal de los caudales de agua fría y agua caliente en el interior de la cámara de homogeneización favorece su mezclado, de forma que el agua mezclada sale de dicha cámara de homogeneización a una temperatura homogénea, y lista para su suministro a través de un grifo o surtidor que puede encontrarse muy próximo a dicha cámara de homogeneización, sin que el usuario aprecie los habituales cambios de temperatura debidos a una mezcla irregular.
Otra característica de la invención consiste en que la salida, definida, preferentemente de manera equidistante a cada uno de los extremos de la cámara de homogeneización, comprende un disco de retención con un orificio de un tamaño menor al de la tubería de salida para restringir el paso de agua hacia la salida, garantizando la existencia en el interior de la cámara de homogeneización de una leve presión para la estabilización, linealidad y robustez de posicionamiento de los núcleos o émbolos de las electroválvulas proporcionales en los puntos de trabajo seleccionados, siempre que exista flujo por al menos una de las electroválvulas proporcionales de solenoide.
Sorprendentemente, la incorporación de dicho disco de retención para mantener la presión en la cámara de homogeneización ocasiona una turbulencia en la tubería de salida garantizando una mayor mezcla que en los dispositivos de la técnica anterior.
De acuerdo con la presente invención, la unidad de control dispone de un microcontrolador , un programa de ordenador o similar que mediante un sistema de posicionamiento, basado en un mapa de trabajo matricial, y en función de la selección realizada por el usuario a través de un panel o medios de mando realiza el posicionamiento de los émbolos o núcleos de las electroválvulas proporcionales para variar la temperatura y el caudal del agua suministrada.
Por tanto, es un objeto de la presente invención un método de regulación de caudal y temperatura mediante un dispositivo del tipo anteriormente mencionado que comprende las etapas de: - calibración del dispositivo;
- establecimiento del punto de operación; y
- operación de al menos una electroválvula; en el que la calibración del dispositivo comprende la generación de una matriz de operación que comprende las etapas de:
- Apertura de una primera electroválvula hasta ocasionar el caudal mínimo en la instalación;
- Almacenar las posiciones de las dos electroválvulas en una de las coordenadas extremas de la matriz;
- Apertura de la primera y segunda electroválvula hasta ocasionar el caudal máximo a la máxima temperatura en la instalación;
- Almacenar las posiciones de las dos electroválvulas en otra de las coordenadas extremas de la matriz;
- Calcular mediante interpolación los datos correspondientes a las coordenadas restantes; y
- Almacenar las posiciones restantes de la matri z .
Preferentemente, la matriz se interpola de forma tal que todos los elementos correspondientes a una misma fila son el par de posiciones de las electroválvulas para mantener el mismo caudal a temperaturas diferentes.
De manera aún más preferente, la matriz se interpola de forma tal que todos los elementos correspondientes a una misma fila son el par de posiciones de las electroválvulas para mantener la misma temperatura a caudales diferentes.
Por otra parte, preferentemente, la etapa de establecimiento de operación consiste en seleccionar mediante los medios de selección el punto de la matriz en el cual se quiere que el dispositivo actúe.
Aún más preferentemente, el establecimiento se realiza a pasos sumando una sola unidad en solo una coordenada de la matriz y al transmitir los datos de una celda de dicha matriz a las electroválvulas éstas se abren o cierran en correspondencia al valor de la celda.
Finalmente, en la etapa de operación la unidad de control, preferentemente, transforma la señal proveniente de la matriz en señales electromagnéticas sobre el solenoide de al menos una de las electroválvulas para ocasionar un movimiento del émbolo.
En una variante de realización, las entradas de agua fría y de agua caliente están provistas de sendos medidores de caudal y de sendas sondas de temperatura. Dichas sondas de temperatura y caudal se disponen, preferentemente, aguas arriba de la electroválvula .
Además, el microprocesador, en función de las temperaturas de entrada del agua fría y del agua caliente, y de la elección realizada por el usuario mediante un panel o medios de selección, realiza un cálculo térmico y determina los caudales de agua fría y agua caliente necesarios para conseguir el suministro, a través de la salida de la cámara de homogeneización, del caudal y temperatura de agua mezclada elegidos por el usuario; realizando el reposicionamiento de los émbolos o núcleos de las electroválvulas proporcionales para variar la temperatura y el caudal del agua suministrada en las posiciones correspondientes al cálculo realizado. Por tanto, en esta realización el sistema realiza el cálculo térmico en base a las temperaturas de entrada del agua fría y del agua caliente, ajustando los caudales de agua fría y caliente para obtener agua mezclada con el caudal y temperatura elegidos por el usuario .
En consecuencia, es también objeto de la presente invención dar a conocer un método de regulación de caudal y temperatura que comprende las etapas de:
calibración del dispositivo en al menos un punto de servicio;
medición de caudales y temperaturas de entrada al dispositivo;
selección del porcentaje de apertura de cada electroválvula mediante la unidad de control;
operación de al menos una electroválvula ;
en el que en la etapa de calibración del dispositivo se realizan las mediciones de mínima temperatura, mínimo caudal, máxima temperatura y máximo caudal en al menos un punto de servicio para determinar los límites de operación del dispositivo y se almacenan en dicho dispositivo como límites de operación predeterminados .
Preferentemente, en la etapa de calibración se almacenan los valores de mínima temperatura, mínimo caudal, máxima temperatura y máximo caudal para al menos dos salidas y dependiendo de los valores de flujo y temperatura máximos se indica al usuario las condiciones límite de operación para cada punto de servicio. Por otra parte, en la etapa de operación del dispositivo, preferentemente, se abre al menos una electroválvula en relación a la comparación de los parámetros de salida calculados con los parámetros establecidos por el usuario.
En el caso de que se tuviesen dos puntos de servicio, preferentemente con resistencias hidráulicas diferentes, al conmutar la salida de agua de un primer a un segundo punto de servicio manteniendo las consignas del primer punto de servicio el método comprende las etapas de:
cerrar la salida en el primer punto de servicio .
mantener la posición de las electroválvulas del dispositivo ignorando el cálculo de los parámetros de salida.
abrir la salida en el segundo punto de servicio; y
mantener la selección de porcentaje de apertura de las válvulas anteriormente definida en independencia de las mediciones de caudal.
De esta manera, se evita entrar en condiciones de operación del sistema que conllevan a fluctuaciones de las electroválvulas sin llegar a un punto de establecimiento claramente definido en un tiempo razonable .
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 muestra una vista en alzado de un ejemplo de realización del sistema con el cuerpo de mezcla seccionado.
La figura 2 muestra una vista en perspectiva de las electroválvulas montadas en posiciones enfrentadas .
La figura 3 muestra el funcionamiento interno de una electroválvula mezcladora según la presente invención .
La figura 4 corresponde a un dispositivo según la presente invención encapsulado mostrando la disposición de sus entradas y salidas.
La figura 5 muestra una vista explosionada de un dispositivo según la presente invención.
La figura 6 muestra el dispositivo de la figura 5 con un montaje parcial.
La figura 7 muestra un diagrama de flujo del procedimiento de calibración del dispositivo de las figuras 1-6.
La figura 8 muestra un diagrama de flujo del procedimiento de funcionamiento del dispositivo de las figuras 1-7.
La figura 9 muestra una segunda realización de un dispositivo según la presente invención que incorpora sondas de temperatura y caudal.
La figura 10 muestra el dispositivo de la figura 8 instalado en una acometida según la técnica anterior .
En un primer ejemplo de realización mostrado en las figuras 1 a 8 el sistema de suministro de agua con regulación de caudal y temperatura, comprende un cuerpo de mezcla o mezclador -1- en el que se encuentran definidas dos entradas o bocas de entrada -2-, -3- para la conexión de los suministros de agua fría y agua caliente .
Dichas bocas de entrada -2-, -3- se comunican a través de sendos pasajes -23-, -33- con unos canales -41-, -51- dispuestos perimetralmente en torno a sendas bocas -4-, -5- mutuamente enfrentadas, definidas en el cuerpo de mezcla -1- y en las que se encuentran dispuestas sendas electroválvulas proporcionales -6-, -7- provistas de respectivas membranas -61-, -71- asociadas por su zona central mediante sendos núcleos o émbolos -62- -72- con los solenoides (no representados) de las respectivas electroválvulas.
El cuerpo de mezcla -1- comprende entre las dos bocas -4-, -5- una cámara de homogeneización -8- dispuesta coaxialmente con dichas bocas -4-, -5- y en la que se produce el choque frontal de los caudales entrantes de agua fría -AF- y agua caliente -AC- y la homogeneización de la temperatura del agua mezclada -AM- antes de ser suministrada a través de la boca de salida -9- definida lateralmente en la zona intermedia de cámara de homogeneización -8-. En la figura 3 se han señalado con flechas de trazo discontinuo las trayectorias de circulación del agua por el interior del sistema, lo que ilustra que en la cámara de homogeneización se genera un flujo circulante que ocasiona una primera mezcla entre las aguas provenientes de la entrada -2- de agua fría y la entrada -3- de agua caliente .
La salida -9- comprende un disco de retención -10- con un orificio -101- para restringir el paso de agua mezclada -AM- y garantizando la existencia en el interior de la cámara de homogeneización -8- de una leve presión para la estabilización, linealidad y robustez de posicionamiento de los núcleos o émbolos -62-, -72- de las electroválvulas proporcionales -6-, -7- en los puntos de trabajo seleccionados, siempre que exista flujo por al menos una de las electroválvulas proporcionales -6-, -7- de solenoide. Además, la disposición de este orificio -101- de retención ocasiona que en la tubería de salida se genere una turbulencia que generaría un segundo mezclado, reforzando aún más la homogeneización. Este orificio de retención es de un diámetro menor al diámetro de la boca -9- de salida.
Como se puede observar en la figura 1, el sistema comprende una unidad de control -11- encargada de controlar el funcionamiento del sistema y de posicionar los núcleos o émbolos -62-, -72- de forma independiente en las posiciones adecuadas para permitir el paso de unos determinados caudales de agua fría -AF- y agua caliente -AC- y realizar el suministro de agua mezclada -AM- de acuerdo con los parámetros seleccionados por el usuario en unos medios de selección -12- representados por un panel conectado a la mencionada unidad de control -11-.
La figura 4 muestra una disposición en la que se muestra la boca -3- de entrada de agua caliente, la boca -2- de entrada de agua fría, la boca -9- de salida y dos prensaestopas -201-, -202- para las entradas de los medios de selección y de alimentación eléctrica.
Un método para efectuar la regulación del caudal y la temperatura en un dispositivo según la presente invención comprende la calibración y posterior actuación en base a una matriz de operación. Dicho procedimiento de calibración se encuentra ilustrado en el diagrama de flujo de la figura 7.
Con el fin de simplificar la explicación del procedimiento se entenderá que en la matriz de configuración las filas de dicha matriz corresponden a la pareja de valores que se refieren a la apertura de las electroválvulas para mantener una temperatura variando el caudal. Es decir, cada fila corresponde a una temperatura y cada columna corresponde a un caudal. Aunque, las filas podrían corresponder a caudales y las columnas a temperaturas manteniendo el mismo concepto inventivo .
Cada elemento de la matriz está compuesto de un par de valores y cada valor corresponde a un valor relacionado a la apertura de cada una de las electroválvulas del dispositivo. La calibración se realiza, en primer lugar, determinando los cuatro valores correspondientes a las coordenadas de dos extremos opuestos de la matriz y posteriormente realizando el cálculo de los elementos restantes.
Para localizar las posiciones extremas, se aumenta el caudal de agua fría hasta encontrar el caudal mínimo de agua fría -1001-, posteriormente se localiza la temperatura mínima que requiere el usuario con este caudal mínimo -1002-. Una vez localizado este punto se almacenan como un elemento extremo de la matriz la pareja de datos correspondiente al caudal en este punto.
A continuación se reposicionan las electroválvulas hasta llegar al punto de temperatura máxima con este caudal mínimo -1003-, posteriormente se aumenta el caudal hasta localizar el caudal máximo con la temperatura máxima seleccionada previamente -1004- . Una vez localizado este punto se almacenan como elemento del extremo opuesto al extremo anteriormente almacenado de la matriz la pareja de datos correspondiente al caudal en este punto.
Una vez localizados los dos extremos de la matriz mediante un algoritmo de interpolación de la técnica anterior se calculan -1005- las posiciones restantes de la matriz.
Teniendo un dispositivo calibrado y habiendo encontrado los valores de la matriz de operación, las electroválvulas proporcionales -6-, -7-, en función de los caudales y temperaturas del agua caliente -AC- y del agua fría -AF-, reciben de los medios de selección -12- una solicitud de usuario de temperatura o caudal. Dicha unidad de control modifica la posición matricial correspondiente a la nueva consigna y posiciona los núcleos o émbolos -62-, -72- de las electroválvulas -6-, -7- en las posiciones definidas en la matriz para suministrar agua mezclada -AM- con el caudal y temperatura elegidos por el usuario en los medios de selección .
Para clarificar el procedimiento de funcionamiento del dispositivo, la figura 8 muestra un diagrama de flujo de la operación de un dispositivo según la presente invención.
En este ejemplo particular se han denominado "X" las posiciones de la matriz correspondientes a las filas e "Y" las posiciones de la matriz correspondientes a las columnas.
El procedimiento inicia -2001- al encender el dispositivo. Por defecto, el dispositivo puede iniciar en cualquier posición de la matriz definida previamente por el usuario -2002-. Dicha posición inicial se define como posición de la matriz -2003-. Posteriormente se determina si el usuario ha pulsado una de las opciones de control que tiene disponibles, estas opciones son: aumento de caudal -2004-, disminución de caudal -2006-, aumento de temperatura -2008-, disminución de temperatura -2010-, apagado del dispositivo -2012-, entre otros. Si el usuario requiere un aumento de caudal se incrementa en una unidad la posición actual de la fila -2005-, si por el contrario el usuario requiere una disminución en el caudal se realiza un decremento de una unidad la posición actual de la fila -2007-.
Con respecto a la temperatura, si el usuario requiere un aumento de temperatura se incrementa en una unidad la posición actual de la columna -2009-, si por el contrario el usuario requiere una disminución en la temperatura se realiza un decremento de una unidad la posición actual de la columna -2011-.
Cada vez que se realiza un cambio de posición en la matriz -2003- la unidad de control según la presente invención reposiciona las electroválvulas representando la variación de temperatura o caudal requerida por el usuario. En una realización particular, la unidad de control -11- es un circuito integrado -110- dispuesto sobre el dispositivo y que comprende un microprocesador .
Finalmente, para cerrar las electroválvulas y finalizar la operación del dispositivo -2013- también se transmite dicha orden a través de los medios de selección .
En consecuencia, el desplazamiento de los núcleos o émbolos por parte de la unidad de control se realiza a través de unos medios de control de posicionamiento de cada una de las electroválvulas de solenoide para mezcla de fluidos, que aplican la energía necesaria a los respectivos solenoides de forma progresiva tal y como se describe en la matriz anteriormente descrita.
La figura 9 muestra otro ejemplo de realización, en el que el dispositivo según la presente invención dispone de sondas de temperatura -21-, -31- y sondas de caudal -22-, -32- además de elementos anteriormente descritos.
Estas sondas se disponen aguas arriba de las electroválvulas -6-, -7-, y esta disposición obliga a que el caudal y la temperatura a la salida -9- sean calculados a partir de las mediciones en las entradas.
Para su correcto funcionamiento las electroválvulas se operan tomando como base los parámetros de consigna a los cuales se accede a través de los medios de selección, y los parámetros medidos por las sondas de caudal y temperatura. El microprocesador realiza un cálculo interno y determina las posiciones en las que se deben ubicar las válvulas para obtener el caudal y la temperatura requeridos por el usuario.
Con el fin de obtener resultados más precisos, el dispositivo según la presente invención requiere de un proceso de calibración en el que se define el caudal máximo y mínimo en la salida del dispositivo.
Este procedimiento de calibración es particularmente ventajoso cuando el dispositivo se implementa en una instalación con múltiples electroválvulas dispuestas en puntos de servicio que se alimentan de la salida -9- del dispositivo.
El procedimiento consiste en determinar los caudales y temperaturas máximas y mínimas para cada una de las salidas teniendo en cuenta que la resistencia hidráulica en cada una de las salidas podría ser variable. Una vez almacenados los valores de caudal en cada salida la unidad de control realiza los cálculos exactos para mantener el equilibrio energético en independencia de las variaciones de la resistencia hidráulica que puedan tener los diferentes puntos de servicio .
La figura 10 hace referencia a un dispositivo según la presente invención instalado en una instalación convencional de agua. El dispositivo comprende, además de lo anteriormente descrito, un cable de alimentación -120- y un cable -121- para la interfaz táctil.
En otras realizaciones de la presente invención los dispositivos pueden incorporar elementos de comunicación industrial y/o internet, tales como una tarjeta de comunicaciones, con el fin de tener accesibilidad directa y monitoreo del sistema y poder modificar remotamente todos los valores de configuración descritos anteriormente pudiendo tener una visualización de consumos remota, apagar sistemas y configurar las temperaturas máximas en la unidad de control.
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

REIVINDICACIONES
1. Dispositivo de regulación de caudal y temperatura, del tipo de los que comprenden una entrada de agua fría y una entrada de agua caliente provistas de sendas electroválvulas regulables mediante unos medios de selección por parte del usuario del caudal y temperatura de agua mezclada a suministrar y una unidad de control para el ajuste de los caudales de agua fría y agua caliente suministrados por las respectivas entradas, en el que el dispositivo comprende además un mezclador conectado aguas abajo de dichas electroválvulas y una salida de agua mezclada caracterizado porque las entradas a dicho mezclador provenientes de dichas electroválvulas se encuentran mutuamente enfrentadas.
2. Dispositivo, según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho mezclador comprende una cámara de homogeneización de temperatura.
3. Dispositivo, según la reivindicación 2, caracterizado porque la salida para el suministro del agua mezclada se dispone en la zona intermedia de dicha cámara .
4. Dispositivo, según la reivindicación 3, caracterizado porque la salida para el suministro de agua se dispone equidistantemente a los extremos de la cámara .
5. Dispositivo, según la reivindicación 1, caracterizado porque la salida comprende un disco de retención con un orificio de menor tamaño que la tubería de salida para restringir el paso de agua mezclada hacia la salida.
6. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las electroválvulas son del tipo normalmente cerradas.
7. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha unidad de control comprende una tarjeta de comunicaciones .
8. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende una sonda de temperatura y una sonda de caudal .
9. Dispositivo, según la reivindicación 8, caracterizado porque dichas sondas de temperatura y caudal se disponen aguas arriba de la electroválvula .
10. Método de regulación de caudal y temperatura mediante un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 que comprende las etapas de :
calibración del dispositivo;
establecimiento del punto de operación; y operación de al menos una electroválvula; caracterizado porque la calibración del dispositivo comprende la generación de una matriz de operación que comprende las etapas de:
Apertura de una primera electroválvula hasta ocasionar el caudal mínimo en la instalación;
Almacenar las posiciones de las dos electroválvulas en una de las coordenadas extremas de la matriz;
Apertura de la primera y segunda electroválvula hasta ocasionar el caudal máximo a la máxima temperatura en la instalación;
Almacenar las posiciones de las dos electroválvulas en otra de las coordenadas extremas de la matriz;
Calcular mediante interpolación los datos correspondientes a las coordenadas restantes; y
Almacenar las posiciones restantes de la matri z .
11. Método, según la reivindicación 10, caracterizado porque, la matriz se interpola de forma tal que todos los elementos correspondientes a una misma fila son el par de posiciones de las electroválvulas para mantener el mismo caudal a temperaturas diferentes.
12. Método, según cualquiera de las reivindicaciones 10 u 11, caracterizado porque, la matriz se interpola de forma tal que todos los elementos correspondientes a una misma fila son el par de posiciones de las electroválvulas para mantener la misma temperatura a caudales diferentes.
13. Método, según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, caracterizado porque en la etapa de establecimiento de operación consiste en seleccionar mediante los medios de selección el punto de la matriz en el cual se quiere que el dispositivo actúe.
14. Método, según la reivindicación 12, caracterizado porque el establecimiento se realiza a pasos sumando una sola unidad en solo una coordenada de la matri z .
15. Método, según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, caracterizado porque al transmitir los datos de una celda de dicha matriz a las electroválvulas éstas se abren o cierran en correspondencia al valor de la celda.
16. Método, según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 15, caracterizado porque en la etapa de operación la unidad de control transforma la señal proveniente de la matriz en señales electromagnéticas sobre el solenoide de al menos una de las electroválvulas para ocasionar un movimiento del émbolo .
17. Método de regulación de caudal y temperatura mediante un dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones 8 ó 9, que comprende las etapas de:
calibración del dispositivo en al menos un punto de servicio;
medición de caudales y temperaturas de entrada al dispositivo;
selección del porcentaje de apertura de cada electroválvula mediante la unidad de control ;
operación de al menos una electroválvula; caracterizado porque en la etapa de calibración del dispositivo se realizan las mediciones de mínima temperatura, mínimo caudal, máxima temperatura y máximo caudal en al menos un punto de servicio y se almacenan en dicho dispositivo como límites de operación predeterminados .
18. Método, según la reivindicación 17, caracterizado porque en la etapa de calibración se almacenan los valores de mínima temperatura, mínimo caudal, máxima temperatura y máximo caudal para al menos dos puntos de servicio.
19. Método, según la reivindicación 18, caracterizado porque al conmutar la salida de agua de un primer a un segundo punto de servicio manteniendo las consignas del primer punto de servicio el método comprende las etapas de:
cerrar la salida en el primer punto de servicio .
mantener la posición de las electroválvulas del dispositivo ignorando el cálculo de los parámetros de salida.
abrir la salida en el segundo punto de servicio; y
mantener la selección de porcentaje de apertura de las válvulas definida para el primer punto de establecimiento en independencia de las mediciones de caudal.
20. Método, según la reivindicación 18, caracterizado porque dependiendo de los valores de flujo y temperatura máximos se indica al usuario las condiciones limite de operación para cada punto de servicio .
21. Método, según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 20 caracterizado porque en la etapa de operación del dispositivo se abre al menos una electroválvula en relación a la comparación de los parámetros de salida calculados con los parámetros establecidos por el usuario.
22. Método, según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 21, caracterizado porque los valores definidos en la etapa de calibración pueden modificarse remotamente mediante la tarjeta de comunicaciones dispuesta en la unidad de control.
23. Método, según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 22, caracterizado porque la etapa de operación puede ser monitorizada mediante la tarjeta de comunicaciones dispuesta en la unidad de control.
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