WO2008012387A1 - Sistema de calefacción mediante radiadores - Google Patents

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WO2008012387A1
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radiator
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heat transfer
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Jordi Verdaguer I Villacampa
Thierry M. Martinez
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    • G05D23/1928—Control of temperature characterised by the use of electric means using a plurality of sensors sensing the temperature of one space

Definitions

  • the invention relates to a radiator heating system, comprising at least one heat boiler of the heat transfer fluid which, at least one radiator body, into which the heat transfer fluid enters at an inlet temperature through an inlet pipe, and from which it exits at an outlet temperature through an outlet tube, a pump for driving the heat transfer fluid, and means for controlling the ambient temperature through the control of the temperature and flow rate of the heat transfer fluid.
  • the GB730976 patent describes a domestic heating radiator of the type in which water is cooled by giving heat to the environment, which increases in temperature. The heating of the water produces an electrical resistance in parallel with the fluid flow, which closes a circuit on the radiator elements. The resistance is arranged on one side of the radiator, which can thus be an autonomous and independent heating unit by itself, with its own “boiler” or heater and disconnected from a centralized water distribution network and a single boiler. All this allows a versatile and easily configurable heating system, free of the restrictions imposed by a pipe-based system, and with an energy efficiency that can be much higher in relation to this more conventional case in which there are pipes present circulation to and from a remote boiler.
  • the GB2174798, GB2270370, GB2298265 and FR2832212 patents disclose heating units and radiators that have similar heaters and that perfect the GB730976 radiator.
  • control of this type of heaters is carried out thermostatically, by activating all or none of the electrical power of the resistors, depending on the ambient temperature being lower or higher than the command temperature, which implies a typically slow control and Energetically inefficient. Additionally, a large part of the heating power of the resistance dissipates into the air adjacent to it, losing much of the desired "radiant" effect and wide diffusion of the radiator-based heating system.
  • the purpose of the present invention is to provide a heating system that gives simultaneous solution to the above drawbacks.
  • the object of the present invention is a new heating system of the type indicated at the beginning, of a totally new concept and functionality, which essentially is characterized in that the boiler comprises a heat exchanger composed of at least one block of a paramagnetic material within which the heat transfer fluid circulates and which comprises electrical resistors that act as a heat source; because the means of controlling the ambient temperature comprise a sensor of the ambient temperature, at least one sensor of the temperature of the heat transfer fluid, and a controller by means of at least one Integral Proportional control
  • PIDA Adaptive Derivative
  • the inlet tube and the outlet tube of the heat transfer fluid are disposed within one another, and enclosed in a single "monotubular" envelope.
  • the inlet tube and the outlet tube can be arranged inside each other, and enclosed in a single "monotubular" shell, in a complementary manner to the outlet and inlet tubes in the boiler body.
  • said exchanger comprises at least one exchanger tube for the circulation of the heat transfer fluid through the interior of said block of paramagnetic material.
  • the heating system of the present invention comprises a plurality of exchange tubes in parallel flow.
  • the system comprises means for mounting the boiler body to the radiator body, for installation in mutual contiguity.
  • the paramagnetic material of the exchanger block is aluminum or an aluminum alloy.
  • a PIDA control in cascade with the first PID control, whose input is the difference between said setpoint temperature (Tr) of the radiators and the outlet temperature (Ts) of the radiators, and which acts on the radiators to obtain the final control temperature, or room temperature (Ta).
  • said controller comprises
  • the first PID regulator regulates the temperature of the body or radiator bodies so that it does not exceed a predetermined maximum temperature, providing as long as this does not happen at radiator body or bodies 100% of the heat output of; and that, when reached Ia predetermined maximum temperature, to decrease progressively Ia heat output to maintain the body or bodies to radiator until this predetermined maximum and a predetermined value reaches said temperature, and
  • the controller is adapted to be installed inside the boiler body.
  • the controller may be designed to be remotely installed when recessed, comprising means for transmitting the control signal to the actuation means of the pump and the exchanger.
  • the system can remotely manage a plurality of radiator bodies, installed in different locations, each of which has a respective ambient temperature (Ta) associated, the temperature control means being arranged in at least one device. of control and centralized remote management.
  • Ta ambient temperature
  • the system comprises at least one power regulation system by means of a bipolar IGBT insulated gate transistor for the "voltage" regulation of the radiation bodies.
  • the radiation body is fed by the IGBT emitter current, whose door is fed by the output of a "driver”, in series with the PIDA output, comprising a rectifier, continuous output, one of whose terminals is connected to the IGBT collector, and its other terminal is connected to the radiation body outlet.
  • this regulation system comprises means for controlling the power supplied to the radiation body according to a duty cycle ranging from 0% to 100% of the power in 1% jumps.
  • Fig. 1 is a perspective view of a first embodiment of a heating system according to the invention, applied to a towel dryer;
  • Fig. 2 is the perspective view, analogous to Fig. 1, of a second embodiment of a heating system according to the invention, applied in this case to a conventional heating radiator-emitter;
  • Fig. 3 is a view similar to Fig. 2, but in which the boiler and enclosure body separated from the emitter or radiator itself is shown;
  • Fig. 4 is a perspective and detail view showing, according to IV of Fig. 3, the "monotube” type connection of the boiler body to the radiator-emitter;
  • Fig. 5 is a front elevational view of the interior of the boiler body, illustrative of the exchanger, pump, regulation and control means and EJS valves;
  • Fig. 6 is a top plan view, according to Vl of Fig. 5;
  • Fig. 7 is a schematic view of the PID + PIDA control loop of the heating system Ia present invention; Y
  • Fig. 8 is a view similar to that of Fig. 7, but enlarged with the representative scheme of the regulation system by means of an isolated IGBT bipolar gate transistor.
  • the heating system of the invention is composed of a radiation body 2, 2 'and a boiler body 7 that can be installed contiguously or adjacent to the radiation body 2 and 2' .
  • This radiation body can have any configuration and material.
  • Fig. 1 it is a towel heater 2 'for bathroom, and the boiler is adjacent to heater 2, while in Fig. 2 another example is represented in which the radiation body is constituted by A conventional radiator-emitter 2 modules. In this case, the emitter radiator 2 and the boiler body are completely contiguous and are installed with virtually no continuity solution, determining a single heating body.
  • the heat transfer fluid can be water, thermal oil or any other fluid with the specific heat and the appropriate transmission and convention coefficient.
  • the heat transfer fluid enters the radiator 2, 2 'at an inlet temperature, Te, through an inlet tube 3, and leaves it at an outlet temperature, Ts, through an outlet tube 4.
  • a pump 5 is responsible for boosting the heat transfer fluid, and means for controlling the ambient temperature, Ta, are responsible for the management of the boiler, through the control of the temperature and flow rate of the heat transfer fluid.
  • the first particularity of the system of the present invention is that the boiler 1 has a heat exchanger system 6 of electric type, but in that, unlike what is conventional, the heat transfer fluid is free from contact with the resistance elements Electric responsible for heating.
  • the exchanger is composed of at least one block 9 of a paramagnetic material
  • the heat exchanger fluid circulates inside and comprises the electric resistors 10 that act as a heat source.
  • the absence of contact is beneficial for the maintenance and lengthening of the useful life of both the resistance and the heat transfer fluid, because the effect of corrosion is greatly limited, since water, for example, is heated through Ia heat conduction through block 9.
  • This block 9 material can be aluminum, an aluminum alloy, or other materials that include aluminum or its alloys in sufficient quantity and proportion.
  • Figs. 5 and 6 an example of embodiment is shown in which the block 9 is formed by two half pieces 9 ', 9 "(Fig. 6) that when joined together embrace and retain both the resistance 10.
  • a water pipe 11 ascends by the interior of the block 9, and descends again through and inside it after making an upper loop, in paths mutually parallel to each other and with respect to the resistance 10 which, in this case, is a rod-type resistor.
  • the lower part of the block 9 of the exchanger 6, a lower tube 12 conducts the water, or other thermal fluid, towards the inlet of the pump 5, from where it leaves towards the outlet of the boiler 1 or inlet 3 to the radiator 2.
  • the exchanger 6 may comprise a single tube 1 or more than two tubes 1, and more than one resistor 10 inside the block 9 of aluminum or similar or related material.
  • the means for controlling the ambient temperature Ta of a passenger compartment 23 comprise an ambient temperature sensor or probe 13, at least one sensor for the temperature of the heat transfer fluid 18, a safety temperature sensor 19, and a PID-PIDA 15 controller.
  • This is composed of a first Integral Derivative Proportional Controller (PID) 16 that acts on the radiator power, and an Adaptive Derivative Integral Proportional (PIDA) control. 17.
  • the controller 15 acts with the ambient temperature, Ta, as a control parameter and with action on the heat transfer fluid flow, providing a setpoint temperature Tr of the radiator (to be purchased with the outlet temperature, Ts, thereof) to obtain the inlet temperature, Te, to the radiator through the heat power provided by the electrical resistance 10. Its operation is explained below in relation to Fig. 7.
  • the heat exchanger 6 and the pump 5 are arranged inside a recess, or boiler body 7 (see Figs. 3 and 5), provided with a complementary coupling 22 of the inlet and outlet tubes 4 of the body of radiator 2, 2 '.
  • Figs. 4 to 6 it can be seen that the inlet tube 3 and the outlet tube 4 of the heat transfer fluid (with respect to the radius 2, 2 ') are arranged inside each other, and enclosed in a single "monotubular" envelope 22.
  • the inlet tube 3 is concentric, coaxial and internal to the outlet tube 4.
  • the water or heat transfer fluid leaves the boiler 1 hot and enters the radiator 2, 2 'through the tube 3, at a temperature Te, and leaves the radiator 2. 2', at a temperature Ts, lower than Te, by the tube 4, to enter the boiler 1.
  • connection 22 is “universal”, since it is directly applicable to conventional "monotube” connections or, if this is not the case, simply make simple corrections and reconnections of the input and output in the case of "bitube” radiators and emitters, to leave them with only one input-output.
  • the drawings illustrate an embodiment in which the controller 15 is also located inside the recess 7 of the boiler body 1.
  • the electronics and controller logic which can have a micro chip, for example, it is inside a housing 24 that also incorporates a display 20 and a keyboard 21, and / or other input / output interfaces, accessible from the outside, as seen in Figs. 1 to 3 and 5.
  • the display 20 and the keyboard are visible through the cover 8 of the envelope 7 or recessed of the boiler body 1, whose removal allows access to the interior of the boiler body 1.
  • the controller 15 has a connection 14 with the pump 5, for the acquisition of data and the transmission of command signals.
  • the controller 15 is adapted to be installed remotely to the recess 7 and, therefore, to the hip 1 and the radiator 2, 2 'itself.
  • transmission means are responsible for communicating the control signals to and from the temperature sensors, the boiler 1; The pump 5 and the remote controller or controllers.
  • radiator bodies 2, 2 ' can be controlled in a centralized and remote manner, for example those of a house, office, building, etc. with respective ambient temperature, and the temperature control means 15 being arranged in at least one centralized remote control and management device.
  • This system can be part of a broader home automation system and can be controlled even by instructions transmitted through the Internet network
  • the regulation of the electronics of the new system is based on a double PID regulation.
  • This composition will allow the system to control the temperature Ta of a passenger compartment with the condition of maximizing efficiency and minimizing energy consumption.
  • the measure is referred to in the following environment error e a . Therefore,
  • the first PID regulator 16 regulates the temperature of the radiator so that it does not exceed the maximum temperature allowed in this type of equipment (70 degrees Celsius). At this point of operation, the power supplied to the radiator will be 100% until the temperature of the radiator reaches the maximum allowed. When this occurs, the power will decrease progressively making significant energy savings and keeping the radiator at 70 0 C. This will be maintained until the ambient error is less than 2 degrees and goes to work in the following way.
  • the system adapts to temperature fluctuations caused by disturbances in the environment such as drafts, doors that open and close, windows, etc. Although it is a slower adjustment, it allows to obtain a better performance of the radiator and what is more important, a considerable energy saving. This type of operation allows two equal radiators to be connected, consuming the same as one that consumes only at maximum power.
  • FIG. 8 the power regulation system is illustrated by means of a complementary scheme of that of Fig. 7, by means of an insulated gate bipolar transistor IGBT 25 (for its acronym in English "Insulated Gate Bipolar Transistor), which Typically, it allows to control high intensities with a very low control power.
  • the power supplied to the radiator 2 is realized through an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • This power transistor allows a more efficient control than the traditional thyristor control avoiding interference electromagnetic produced by sudden changes in output current.
  • With the IGBT 25 we can regulate the load by voltage, allowing control of the power supplied to the load (radiator 2) with a duty cycle that goes from 0% to 100% in jumps of, preferably, 1%.
  • the radiator 2 is fed by the emitter current E of the
  • IGBT 25 whose insulated gate G is fed by the output of a "driver" 27, in series with the output of the PIDA 17.

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Abstract

Comprende una caldera (1), con un intercambiador (6) por bloques (9) de material paramagnético por los que circula el fluido caloportador y que comprende resistencias eléctricas (10) que actúan como fuente calorífica; y un cuerpo de radiador (2, 2'), en el cual entra el fluido caloportador a una temperatura de entrada (Te) por un tubo de entrada (3), y del cual sale a una temperatura de salida (Ts) por un tubo de salida (4), una bomba (5) de impulsión del fluido caloportador, y medios de control de Ia temperatura ambiente (Ta), con un sensor de Ia temperatura ambiente, al menos un sensor de Ia temperatura del fluido caloportador, y un controlador PIDA (15) tipo PIDA. El intercambiador de calor (6) y Ia bomba (5) están dispuestos en el interior de un cajeado, o cuerpo de caldera (7), provisto de un acoplamiento complementario de los tubos de entrada y de salida del al menos un cuerpo de radiador.

Description

"Sistema de calefacción mediante radiadores"
Sector técnico de Ia invención
La invención se refiere a un sistema de calefacción mediante radiadores, que comprende al menos una caldera de calentamiento del fluido caloportador que, al menos un cuerpo de radiador, en el cual entra el fluido caloportador a una temperatura de entrada por un tubo de entrada, y del cual sale a una temperatura de sali- da por un tubo de salida, una bomba de impulsión del fluido caloportador, y medios de control de Ia temperatura ambiente a través del control de Ia temperatura y caudal del fluido caloportador.
Antecedentes de Ia invención La patente GB730976 describe un radiador de calefacción domestico del tipo en que el agua se enfría cediendo el calor al ambiente, que aumenta de temperatura. El calentamiento del agua Io produce una resistencia eléctrica en paralelo con el flujo fluido, el cual cierra un circuito sobre los elementos del radiador. La resistencia está dispuesta en un lateral del radiador, el cual puede ser así una unidad de calefacción autónoma e independiente por sí sola, con su propia "caldera" o calentador y desvinculado de una red centralizada de distribución de agua y de una caldera única. Todo ello permite un sistema de calefacción versátil y fácilmente con- figurable, exento de las restricciones que impone un sistema a base de tuberías, y con un rendimiento energético que puede ser muy superior en relación con este caso más convencional en que hay presentes tuberías de circulación a y desde una caldera remota.
Las patentes GB2174798, GB2270370, GB2298265 y FR2832212 dan a conocer unidades de calefacción y radiadores que poseen calentadores similares y que perfeccionan el radiador de Ia GB730976.
En los documentos anteriormente citados del estado de Ia técnica se establece un flujo fluido del agua, o del fluido caloportador de que se trate, en circuito cerrado, que comporta una entrada de agua caliente por Ia parte superior del radia- ,
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dor y una salida de agua fría por Ia parte inferior el mismo. Por fuera del radiador se produce el calentamiento del agua (o fluido caloportador) mediante las resistencias eléctricas, en el "calentador". Ello obliga a tener que realizar un doble empalme del calentador al radiador, por arriba y por abajo y, dadas las diferentes dimensiones entre los empalmes de los distintos fabricantes, así como los diferentes tipos de racores, instalar este tipo de calentadores a radiadores convencionales cuando se desea un cierto grado de autonomía, puede ser complicad y costoso.
Además, el control de este tipo de calentadores se efectúa termostáticamen- te, mediante activaciones todo o nada de Ia potencia eléctrica de las resistencias, según Ia temperatura ambiente sea inferior o superior a Ia temperatura de comanda, Io cual comporta un control típicamente lento y energéticamente poco eficaz. Adicionalmente, gran parte de Ia potencia calorífica de Ia resistencia se disipa al aire adyacente a Ia misma, perdiéndose gran parte del deseado efecto "radiante" y de difusión amplia del sistema de calefacción a base de radiadores.
La finalidad de Ia presente invención es proporcionar un sistema de calefacción que dé solución simultánea a los anteriores inconvenientes.
Explicación de Ia invención
A tal finalidad, el objeto de Ia presente invención es un nuevo sistema de calefacción del tipo indicado al inicio, de concepto y funcionalidad totalmente novedosos, que en su esencialidad se caracteriza porque Ia caldera comprende un intercambiador de calor compuesto por al menos un bloque de un material paramagnético dentro del cual circula el fluido caloportador y que comprende resistencias eléctricas que actúan como fuente calorífica; porque los medios de control de Ia temperatura ambiente comprenden un sensor de Ia temperatura ambiente, al menos un sensor de Ia temperatura del fluido caloportador, y un controlador mediante al menos un control Proporcional Integral
Derivativo Adaptativo (PIDA) cuya variable de salida es Ia temperatura ambiente
(Ta) y con acción sobre el caudal de fluido caloportador y Ia temperatura de entrada de éste (Te) a través de Ia potencia calorífica aportada por Ia resistencia eléctrica; y porque el intercambiador de calor y Ia bomba están dispuestos en el interior de un cajeado, o cuerpo de caldera, provisto de un acoplamiento complementario de los tubos de entrada y de salida del al menos un cuerpo de radiador.
Según otra característica de Ia presente invención, el tubo de entrada y el tubo de salida del fluido caloportador están dispuestos el uno dentro del otro, y encerrados en una única envolvente "monotubular".
El tubo de entrada y el tubo de salida pueden estar dispuestos el uno dentro del otro, y encerrados en una única envolvente "monotubular", de forma comple- mentaría a los tubos de salida y de entrada en el cuerpo de caldera.
De acuerdo con otra característica de Ia presente invención, dicho intercambiador comprende al menos un tubo de intercambiador para Ia circulación del fluido caloportador por el interior de dicho bloque de material paramagnético.
Según otra característica del sistema de calefacción de Ia presente invención, el mismo comprende una pluralidad de tubos intercambiadores en flujo paralelo.
De acuerdo con otra característica de Ia invención, el sistema comprende medios de montaje del cuerpo de caldera al cuerpo de radiador, para Ia instalación en mutua contigüidad.
Preferentemente, el material paramagnético del bloque del intercambiador es aluminio o una aleación de aluminio.
De acuerdo con Ia realización preferida del sistema de Ia invención, el con- trolador comprende un primer control PID, cuya entrada es una señal de error ea = | Tc - Ta | , diferencia entre Ia temperatura de consigna (Tc) y Ia temperatura ambiente Ta, y cuya salida es una temperatura de consigna (Tr) de los radiadores; y . un control PIDA, en cascada con el primer control PID, cuya entrada es Ia diferencia entre dicha temperatura de consigna (Tr) de los radiadores y Ia temperatura de salida (Ts) de los radiadores, y que actúa sobre los radiadores para obtener Ia temperatura final de control, o temperatura ambiente (Ta).
En Ia realización preferida, dicho controlador comprende
- unos medios para que, cuando el error ea es superior a un valor prefijado, el primer regulador PID regule Ia temperatura del cuerpo o cuerpos de radiador para que Ia misma no sobrepase una temperatura máxima predeterminada, suministrando en tanto que esto no suceda al cuerpo o cuerpos de radiador el 100% de Ia potencia calorífica de; y para que, cuando se alcance Ia temperatura máxima prede- terminada, hacer decrecer Ia potencia calorífica progresivamente para mantener el cuerpo o cuerpos de radiador a esta temperatura máxima predeterminada hasta que ea alcance dicho valor prefijado, y
- unos medios para que, cuando el error ea es inferior a dicho valor prefijado, ajustar Ia temperatura del radiador a Ia temperatura necesaria para conseguir Ia temperatura ambiente deseada.
En una variante, el controlador está adaptado para ser instalado en el interior del cuerpo de caldera.
Alternativamente, el controlador puede estar diseñado para ser instalado remotamente al cajeado, comprendiendo medios de transmisión de Ia señal de control a los medios de actuación de Ia bomba y del intercambiador.
En este caso, el sistema puede gestionar remotamente una pluralidad de cuerpos de radiador, instalados en emplazamientos distintos, cada uno de los cuales tiene asociada una respectiva temperatura ambiente (Ta), estando los medios de control de Ia temperatura dispuestos en al menos un dispositivo de control y gestión remoto centralizado.
Según una realización preferida, el sistema comprende al menos un sistema de regulación de potencia mediante un transistor bipolar de puerta aislada IGBT para Ia regulación "por tensión" de los cuerpos de radiación. En este caso, el cuerpo de radiación es alimentado por Ia corriente del emisor del IGBT, cuya puerta es alimentada por Ia salida de un "driver", en serie con Ia salida del PIDA, comprendiendo un rectificador, de salida en continua, uno de cuyos bornes está conectado al colector del IGBT, y estando su otro borne conectado a Ia salida del cuerpo de radiación.
Preferentemente, este sistema de regulación comprende unos medios para controlar Ia potencia suministrada al cuerpo de radiación según un ciclo de trabajo que va desde el 0% hasta el 100% de Ia potencia en saltos de 1%.
Breve descripción de los dibujos
En los dibujos adjuntos se ilustra, a título de ejemplo no limitativo, las formas de realización preferentes, aunque no exclusivas, del sistema de calefacción mediante radiadores objeto de Ia invención. En dichos dibujos, dos meramente a título de ejemplo ilustrativo y no limitativo:
Ia Fig. 1 es una vista en perspectiva de un primer modo de realización de un sistema de calefacción según Ia invención, aplicado a un secador de toallas;
Ia Fig. 2 es Ia vista en perspectiva, análoga a Ia Fig. 1 , de un segundo modo de realización de un sistema de calefacción según Ia invención, aplicado en este caso a un radiador-emisor de calefacción convencional;
Ia Fig. 3 es una vista similar a Ia Fig. 2, pero en que se muestra el cuerpo de caldera y envolvente separadas del emisor o radiador propiamente dichos;
Ia Fig. 4 es una vista en perspectiva y de detalle que muestra, según IV de Ia Fig. 3, Ia unión de tipo "monotubo" del cuerpo de caldera al radiador-emisor;
Ia Fig. 5 es una vista en alzado frontal del interior del cuerpo de caldera, ilustrativa del intercambiador, bomba, medios de regulación y control y válvulas de EJS;
Ia Fig. 6 es una vista en planta superior, según Vl de Ia Fig. 5; Ia Fig. 7 es una vista esquemática del bucle de control PID + PIDA del sistema de calefacción Ia presente invención; Y
Ia Fig. 8 es una vista similar a Ia de Ia Fig. 7, pero ampliada con el esquema representativo del sistema de regulación mediante un transistor bipolar de puerta aislada IGBT.
Descripción detallada de los dibujos
En las Fig. 1 y 2 puede apreciarse que el sistema de calefacción de Ia in- vención se compone de un cuerpo de radiación 2, 2' y un cuerpo 7 de caldera 1 instalable en contigüidad o adyacencia al cuerpo de radiación 2 y 2'. Este cuerpo de radiación puede tener cualquier configuración y material. En Ia Fig. 1 se trata de un calentador de toallas 2' para baño, y Ia caldera es adyacente al calentador 2, en tanto que en Ia Fig. 2 se ha representado otro ejemplo en que el cuerpo de radia- ción está constituido por un radiador-emisor 2 convencional módulos. En este caso, el radiador emisor 2 y el cuerpo de caldera son totalmente contiguos y están instalados prácticamente sin solución de continuidad, determinando un solo cuerpo de calefacción.
El fluido caloportador puede ser agua, aceite térmico o cualquier otro fluido con el calor específico y el coeficiente de transmisión y convención adecuados. El fluido caloportador entra en el radiador 2, 2' a una temperatura de entrada, Te, por un tubo de entrada 3, y sale del mismo a una temperatura de salida, Ts, por un tubo de salida 4.
Una bomba 5 se encarga de impulsar el fluido caloportador, y unos medios de control de Ia temperatura ambiente, Ta, son los responsables de Ia gestión de Ia caldera, a través del control de Ia temperatura y caudal del fluido caloportador.
La primera particularidad del sistema de Ia presente invención es que Ia caldera 1 tiene un sistema de intercambiador 6 de calor de tipo eléctrico, pero en que, a diferencia de Io que es convencional, el fluido caloportador está exento de contacto con los elementos de resistencia eléctrica responsables del calentamiento. El intercambiador está compuesto por al menos un bloque 9 de un material paramag- nético dentro del cual circula el fluido caloportador y que comprende las resistencias eléctricas 10 que actúan como fuente calorífica. La ausencia de contacto es beneficiosa para el mantenimiento y alargamiento de Ia vida útil tanto de Ia resistencia como del fluido caloportador, debido a que se limita mucho el efecto de Ia corrosión, puesto que el agua, por ejemplo, se calienta a través de Ia conducción del calor a través del bloque 9.
Este material del bloque 9 puede ser aluminio, una aleación de aluminio, u otros materiales que incluyan aluminio o sus aleaciones en Ia cantidad y proporción suficientes.
En las Figs. 5 y 6 se muestra un ejemplo de realización en que el bloque 9 está formado por dos medias piezas 9', 9" (Fig. 6) que cuando se unen abrazan y retienen entrambas a Ia resistencia 10. Un tubo de agua 11 asciende por el interior del bloque 9, y vuelve a descender por e interior del mismo tras efectuar un bucle superior, en trayectorias mutuamente paralelas entre sí y con respecto a Ia resistencia 10 que, en este caso, es una resistencia de tipo varilla. Tras salir por Ia parte inferior del bloque 9 del intercambiador 6, un tubo inferior 12 conduce el agua, u otro fluido térmico, hacia Ia entrada de Ia bomba 5, de donde sale hacia Ia salida de Ia caldera 1 o entrada 3 al radiador 2.
En otras formas de realización del intercambiador 6, que no se ilustran, éste puede comprender un único tubo 1 o más de dos tubos 1 , y más de una resistencia 10 por el interior del bloque 9 de aluminio o material análogo o afín.
Otro aspecto innovador de Ia presente invención es que los medios de control de Ia temperatura ambiente Ta de un habitáculo 23 (Fig. 7)) comprenden un sensor o sonda de temperatura ambiente 13, al menos un sensor de Ia temperatura del fluido caloportador 18, un sensor de temperatura de seguridad 19, y un contro- lador PID-PIDA 15. Este está compuesto por un primer controlador Proporcional Integral Derivativo (PID) 16 que actúa sobre Ia potencia del radiador, y un control Proporcional Integral Derivativo Adaptativo (PIDA) 17. El controlador 15 actúa con Ia temperatura ambiente, Ta, como parámetro de control y con acción sobre el caudal de fluido caloportador, aportando una temperatura de consigna Tr del radiador (a comprar con Ia temperatura de salida, Ts, del mismo) para obtener Ia temperatura de entrada, Te, al radiador a través de Ia potencia calorífica aportada por Ia resistencia eléctrica 10. Más adelante se explica su funcionamiento en relación con Ia Fig. 7.
El intercambiador de calor 6 y Ia bomba 5 están dispuestos en el interior de un cajeado, o cuerpo de caldera 7 (véanse Figs. 3 y 5), provisto de un acoplamiento complementario 22 de los tubos de entrada 3 y de salida 4 del cuerpo de radiador 2, 2'.
En las Figs. 4 a 6 puede verse que el tubo de entrada 3 y el tubo de salida 4 del fluido caloportador (con respecto al radiado 2, 2') están dispuestos el uno dentro del otro, y encerrados en una única envolvente "monotubular" 22. En concreto, el tubo de entrada 3 es concéntrico, coaxial e interior al tubo de salida 4.
El agua o fluido caloportador sale caliente de Ia caldera 1 y entra al radiador 2, 2' por el tubo 3, a una temperatura Te, y salde del radiador 2. 2', a una temperatura Ts, más baja que Te, por el tubo 4, para entrar en Ia caldera 1.
Así, esta conexión 22 es "universal", por cuanto que es aplicable directamente a conexiones "monotubo" convencionales o, si no es este el caso, sin más que realizar realizan unas simples correcciones y reconexiones de Ia entrada y salida en el caso de radiadores y emisores "bitubo", para dejarles una sola entrada- salida.
En los dibujos se ha ilustrado una forma de realización en que el controlador 15 se ubica asimismo en el interior del cajeado 7 del cuerpo de caldera 1. En este caso, Ia electrónica y lógica de controlador, que puede contar con un chip de micro, por ejemplo, está dentro de una carcasa 24 que incorpora también un display 20 y un teclado 21, y/o otros interfaces de entrada/salida, accesibles desde el exterior, según se ve en las Figs. 1 a 3 y 5. El display 20 y el teclado son visibles a través de Ia tapa 8 de Ia envolvente 7 o cajeado del cuerpo de caldera 1 , cuya remoción permite el acceso al interior del cuerpo de caldera 1. Además de conexiones con los sensores 13, 18 y 19, el controlador 15 tiene una conexión 14 con Ia bomba 5, para Ia adquisición de datos y Ia transmisión de señales de comando.
En una alternativa no menos interesante, el controlador 15 está adaptado para ser instalado remotamente al cajeado 7 y, por Io tanto, a Ia cadera 1 y al propio radiador 2, 2'. En este caso, unos medios de transmisión se ocupan de comunicar las señales de control a y desde los sensores de temperatura, Ia caldera 1 ; Ia bomba 5 y el controlador o controladores remotos.
De esta manera, se puede controlar de una manera centralizada y remota, una pluralidad de cuerpos de radiador 2, 2', por ejemplo los de una vivienda, despacho, edificio, etc. con respectivas temperatura ambiente, y estando los medios de control 15 de Ia temperatura dispuestos en al menos un dispositivo de control y ges- tión remoto centralizado. Este sistema puede formar parte de un sistema domótico más amplio y ser controlado incluso mediante instrucciones transmitidas a través de Ia red Internet
Según se ha dicho antes, Ia regulación de Ia electrónica del nuevo sistema, se basa en una doble regulación PID. Esto significa que se dispone de los dos reguladores encadenados, tal como muestra el esquema de Ia Fig. 7. Esta composición permitirá que el sistema pueda controlar Ia temperatura Ta de un habitáculo con el condicionante de maximizar Ia eficiencia y minimizar el consumo energético.
La diferencia entre Ia temperatura de consigna Tc y Ia temperatura ambiente
Ta medida, se denomina en Io que sigue error ambiente ea. Por Io tanto,
ea = | Tc - Ta |
Esto permite tener un doble funcionamiento. Por un lado el funcionamiento o modo con un error ambiente ea superior a una temperatura predeterminada, por ejemplo 2 grados y por otro lado cuando éste error ea es inferior. Modo 1 : Error ambiente (ea) superior a 2 grados:
En este modo de trabajo, se pretende calentar al máximo el radiador 2, 2' para que llegue Io antes posible a Ia temperatura Tc deseada. El primer regulador PID 16 regula Ia temperatura del radiador para que no sobrepase Ia temperatura máxi- ma permitida en este tipo de equipos (70 grados centígrados). En este punto de funcionamiento, Ia potencia suministrada al radiador será del 100% hasta que Ia temperatura del radiador llegue a Ia máxima permitida. Cuando esto ocurra, Ia potencia decrecerá progresivamente haciendo un ahorro energético importante y manteniendo el radiador en 700C. Así se mantendrá hasta que el error ambiente sea inferior a 2 grados y pase a trabajar en el siguiente modo.
Modo 2: Error ambiente (ea) inferior a 2 grados:
En este modo de trabajo, se pretende ajustar Ia temperatura del radiador a Ia temperatura necesaria para conseguir Ia temperatura ambiente deseada. Esta tem- peratura será distinta en cada ocasión ya que dependerá de las condiciones térmicas en las que se encuentre el equipo. Esto se consigue con el regulador Proporcional Integral Derivativo Adaptativo (PIDA) 17 que tiene implementado Ia electrónica del regulador 15. Esta regulación se encarga de observar las variaciones de temperatura Ta y ajustar Ia potencia a posible cambios térmicos producidos en el ambiente.
El sistema se adapta a las fluctuaciones de temperatura provocadas por perturbaciones en el ambiente como corrientes de aire, puertas que se abren y se cierran, ventanas, etc. Si bien es un ajuste mas lento, permite obtener un mejor rendimiento del radiador y Io que es mas importante, un ahorro energético considerable. Este tipo de funcionamiento permite conectar dos radiadores iguales consumiendo Io mismo que consume uno sólo a máxima potencia.
Por último, en Ia Fig. 8 se ilustra mediante un esquema complementario del de Ia Fig. 7, el sistema de regulación de potencia mediante un transistor bipolar de puerta aislada IGBT 25 (por sus siglas en inglés "Insulated Gate Bipolar Transistor), que, típicamente, permite controlar intensidades elevadas con una potencia de control muy baja. La potencia suministrada al radiador 2 se realiza a través de un IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Este transistor de potencia permite un control más eficaz que el control por tiristor tradicional evitando las interferencias electromagnéticas producidas por los cambios bruscos de corriente de salida. Con el IGBT 25 podemos regular por tensión Ia carga, permitiendo controlar Ia potencia suministrada a Ia carga (radiador 2) con un ciclo de trabajo que va desde el 0% hasta el 100% en saltos de, preferentemente, 1%.
En concreto, el radiador 2 es alimentado por Ia corriente del emisor E del
IGBT 25, cuya puerta G aislada es alimentada por Ia salida de un "driver" 27, en serie con Ia salida del PIDA 17. Un rectificador 26, de salida en continua, conecta un borne con el colector C del IGBT 25 y Ia salida de Ia carga o radiador 2, cuya medición en temperatura alimenta Ia señal de error del PIDA 17.
Los conjunto paralelos diodo D1 - resistencia R1 , en serie con Ia puerta G y diodo D2 - resistencia R2, en paralelo con el colector C y el emisor E, permiten las correcciones adecuadas al sistema descrito, según es de ver en Ia Fig. 8
Descrita suficientemente Ia naturaleza de Ia presente invención, así como Ia manera de ponerla en práctica, se hace constar que todo cuanto no altere, cambie o modifique su principio fundamental, queda sujeto a variaciones de detalle.

Claims

R E I V I N D I C A C I Q N E S
1.- Sistema de calefacción mediante radiadores, que comprende al menos una caldera (1) de calentamiento del fluido caloportador, al menos un cuerpo de radiador (2, 2'), en el cual entra el fluido caloportador a una temperatura de entrada (Te) por un tubo de entrada (3), y del cual sale a una temperatura de salida (Ts) por un tubo de salida (4), una bomba (5) de impulsión del fluido caloportador, y medios de control de Ia temperatura ambiente (Ta) a través del control de Ia temperatura y caudal del fluido caloportador, caracterizado porque Ia caldera (1) comprende un intercambiador (6) de calor compuesto por al menos un bloque (9) de un material paramagnético dentro del cual circula el fluido caloportador y que comprende resistencias eléctricas (10) que actúan como fuente calorífica; los medios de control de Ia temperatura ambiente comprenden un sensor de Ia temperatura ambiente, al menos un sensor de Ia temperatura del fluido caloportador, y un controlador (15) mediante al menos un control Proporcional Integral Derivativo Adaptativo (PIDA) cuya variable de salida es Ia temperatura ambiente (Ta) y con acción sobre el caudal de fluido caloportador y Ia temperatura de entrada de éste (Te) a través de Ia potencia calorífica aportada por Ia resistencia eléctrica (10); y el intercambiador de calor (6) y Ia bomba (5) están dispuestos en el interior de un cajeado, o cuerpo de caldera (7), provisto de un acoplamiento complementario de los tubos de entrada y de salida del al menos un cuerpo de radiador (2, 2').
2.- Sistema de calefacción según Ia reivindicación 1 , caracterizado porque el tubo de entrada (3) y el tubo de salida (4) del fluido caloportador están dispuestos el uno dentro del otro, y encerrados en una única envolvente "monotubular" (22).
3.- Sistema de calefacción según Ia reivindicación 2, caracterizado porque el tubo de entrada (3) y el tubo de salida (4) del fluido caloportador están dispuestos el uno dentro del otro, y encerrados en una única envolvente "monotubular", de forma complementaria a los tubos de salida y de entrada en el cuerpo de caldera.
4.- Sistema de calefacción según Ia reivindicación 1 , caracterizado porque dicho intercambiador (6) comprende al menos un tubo de intercambiador (11) para Ia circulación del fluido caloportador por el interior de dicho bloque (9) de material paramagnético.
5.- Sistema de calefacción según Ia reivindicación 4, caracterizado porque comprende una pluralidad de tubos intercambiadores en flujo paralelo.
6.- Sistema de calefacción según Ia reivindicación 1 , caracterizado porque comprende medios de montaje del cuerpo de caldera al cuerpo de radiador, para Ia instalación en mutua contigüidad.
7.- Sistema de calefacción según Ia reivindicación 1 , caracterizado porque el material paramagnético del bloque (9) del intercambiador (6) es aluminio o una aleación de aluminio.
8.- Sistema de calefacción según Ia reivindicación 1 , caracterizado porque dicho controlador (15) comprende un primer control PID (16), cuya entrada es una señal de error ea = | Tc - Ta | , diferencia entre Ia temperatura de consigna (Tc) y Ia temperatura ambiente Ta, y cuya salida es una temperatura de consigna (Tr) de los radiadores (2, 2'); y un control PIDA (17) , en cascada con el PID (16), cuya entrada es Ia diferencia entre dicha temperatura de consigna (Tr) de los radiadores (2, 2') y Ia temperatura de salida (Ts) de los radiadores, y que actúa sobre los radiadores (2, 2') para obtener Ia temperatura final de control, o temperatura ambiente (Ta).
9.- Sistema de calefacción según Ia reivindicación 8, caracterizado porque dicho controlador (15) comprende unos medios para que, cuando el error ea es superior a un valor prefijado, el primer regulador PID (16) regule Ia temperatura del cuerpo o cuerpos de radiador (2, 2') para que Ia misma no sobrepase una tempera- tura máxima predeterminada, suministrando en tanto que esto no suceda al cuerpo o cuerpos de radiador (2, 2') el 100% de Ia potencia calorífica de; y para que, cuando se alcance Ia temperatura máxima predeterminada, hacer decrecer Ia potencia calorífica progresivamente para mantener el cuerpo o cuerpos de radiador (2, 2') a esta temperatura máxima predeterminada hasta que ea alcance dicho valor prefija- do.
10.- Sistema de calefacción según Ia reivindicación 9, caracterizado porque dicho controlador (15) comprende unos medios para que, cuando el error ea es infe- rior a dicho valor prefijado, ajustar Ia temperatura del radiador a Ia temperatura necesaria para conseguir Ia temperatura ambiente deseada.
11.- Sistema de calefacción según una cualquiera de las reivindicaciones 1 , 8, 9 ó 10, caracterizado porque el controlador (15) está adaptado para ser instalado en el interior del cuerpo de caldera (7).
12.- Sistema de calefacción según una cualquiera de las reivindicaciones 1 , 8, 9 ó 10, caracterizado porque el controlador (15) está adaptado para ser instalado remotamente al cajeado (7), comprendiendo medios de transmisión de Ia señal de control a los medios de actuación de Ia bomba (5) y del intercambiador (6).
13.- Sistema de calefacción según Ia reivindicación 12, caracterizado porque comprende una pluralidad de cuerpos de radiador (2, 2'), adaptados para ser instalados en emplazamientos distintos, y cada uno de los cuales tiene asociada una respectiva temperatura ambiente (Ta), estando los medios de control (15) de Ia temperatura dispuestos en al menos un dispositivo de control y gestión remoto centralizado.
14.- Sistema de calefacción según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende al menos un sistema de regulación de potencia mediante un transistor bipolar de puerta aislada IGBT (25) para Ia regulación "por tensión" de los cuerpos de radiación (2; 2').
15.- Sistema de calefacción según Ia reivindicación 14, caracterizado porque el cuerpo de radiación (2; 2') es alimentado por Ia corriente del emisor (E) del IGBT (25), cuya puerta (G) es alimentada por Ia salida de un "driver" (27), en serie con Ia salida del PIDA (17), comprendiendo un rectificador (26), de salida en continua, uno de cuyos bornes está conectado al colector (C) del IGBT (25), y estando su otro borne conectado a Ia salida del cuerpo de radiación (2; 2).
16.- Sistema de calefacción según Ia reivindicación 14 ó 15, caracterizado porque dicho sistema de regulación comprende unos medios para controlar Ia potencia suministrada al cuerpo de radiación (2; 2') según un ciclo de trabajo que va desde el 0% hasta el 100% de Ia potencia en saltos de 1%.
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