ES2289068T3 - Generador de vapor con un visor de nivel de agua. - Google Patents
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Abstract
Generador de vapor que comprende un recipiente (1) destinado a ser llenado de agua y, a continuación, calentado con el fin de generar un vapor a una presión superior a la atmosférica, un dispositivo electrónico (30) de determinación y visualización del nivel de agua, caracterizado porque el dispositivo de determinación del nivel de agua comprende medios para calcular un nivel de agua inicial en función de la curva de temperatura de primer calentamiento, medios para calcular, para cada purga, el producto del caudal másico de vapor de agua por el tiempo de dicha purga, que corresponde a la masa de agua purgada en forma de vapor, y medios de cálculo de cada nivel de agua residual.
Description
Generador de vapor con un visor de nivel de
agua.
La presente invención se refiere a los
generadores de vapor que comprenden un recipiente llenado
previamente de agua y calentado luego con el fin de generar un
vapor a una presión superior a la presión atmosférica.
Tales generadores, económicos por ser de llenado
manual, se utilizan para alimentar con vapor las planchas u otros
aparatos domésticos.
El recipiente, generalmente metálico, comprende
una abertura de llenado provista de un tapón, un orificio de purga
de vapor provisto casi siempre de una electroválvula, un elemento
calentador, uno o varios sensores de temperatura o presión con
funciones de regulación, y dispositivos de seguridad.
Sensores, que pueden estar asociados con la
regulación, son susceptibles de detectar la ausencia de agua en el
recipiente y, por tanto, encender una señal luminosa.
Este dispositivo, útil para el usuario, confirma
a éste el origen de una caída de presión, invitándole a recargar su
generador con agua. El usuario, entonces, tiene que interrumpir su
trabajo, dejar enfriar el aparato para hacer caer la presión
residual, abrir el tapón, recargar el recipiente con agua y esperar
un nuevo calentamiento.
El momento en que se produce esta interrupción
del trabajo es lo bastante imprevisible como para hacer esta
obligación desagradable. Por otro lado, incluso para sesiones de
planchado cortas, se incita al usuario a llenar previamente el
recipiente del modo más completo posible con el fin de evitar una
interrupción del trabajo. Ello da lugar a calentar una masa de agua
inútil y alargar el tiempo de calentamiento, tanto más cuanto que
los constructores aumentan el tamaño del recipiente, en la medida de
lo económicamente posible y por comodidad de uso, con el fin de
aumentar la autonomía del generador entre dos llenados.
La lectura del nivel de agua en el recipiente
permitiría al usuario anticipar la duración restante de planchado y
tomar sus disposiciones en consecuencia. Pero la lectura del nivel a
través de la pared opaca del recipiente no resulta posible.
Un tubo transparente, vertical u oblicuo, unido
con el recipiente, permite visualizar el nivel, pero aparte de que
constituye un dispositivo técnicamente delicado para un aparato
electrodoméstico, se cubre de sarro y se hace ilegible enseguida.
Es necesario, por tanto, un dispositivo que comprenda una
determinación indirecta del nivel y una presentación visual, con el
fin de resolver este problema.
La determinación del nivel de agua caliente a
presión y temperaturas variables puede hacerse mediante dispositivos
de émbolo buzo, tales como el descrito en la patente US3992941.
Pero estos dispositivos requieren partes móviles delicadas y poco
compatibles con los aparatos electrodomésticos.
Se conocen también dispositivos de medición de
nivel que utilizan ultrasonidos tales como el descrito en la
patente US4229798. Pero estos dispositivos montados en hervidores
requieren numerosas correcciones y resultan afectados por la
ebullición.
De manera más simple, se conoce una medición de
nivel, en un hervidor de recarga automática de agua a partir de un
depósito, descrita en la patente EP0843039. Este documento describe
el modo de determinar el nivel de agua en el recipiente del
hervidor y se controla la bomba de llenado en función de la
pendiente de la curva de temperatura de este recipiente. Este
dispositivo es sofisticado y tiene en cuenta los calentamientos y
las purgas sucesivos. La precisión es buena, pues este tipo de
generador comprende un recipiente de llenado automático de pequeño
volumen. En consecuencia, las purgas instantáneas son importantes en
relación con el volumen del recipiente, lo que no es el caso de la
aplicación prevista en un recipiente de gran capacidad con llenado
periódico manual.
El objeto de la invención que sigue consiste en
un generador de vapor económico cuyo recipiente es de llenado
manual y que comprende un dispositivo de determinación y
visualización del nivel de agua sin los inconvenientes citados. El
nivel de agua puede expresarse en altura de agua en el recipiente, o
en volumen o masa de agua restante en el recipiente, estando estos
valores relacionados físicamente.
El objeto de la invención se consigue merced a
un generador de vapor que comprende un recipiente previsto para ser
llenado con agua y, a continuación, calentado, con el fin de generar
un vapor a una presión superior a la atmosférica, un dispositivo
electrónico de determinación y visualización del nivel de agua,
caracterizado porque el dispositivo de determinación del nivel de
agua comprende medios para calcular un nivel de agua inicial, en
función de la curva de temperatura de primer calentamiento, medios
para calcular, para cada purga, el producto del caudal másico de
vapor de agua por el tiempo de dicha purga, que corresponde a la
masa de agua purgada en forma de vapor, y medios de cálculo de cada
nivel de agua residual.
El dispositivo electrónico comprende un sensor
de temperatura del recipiente. De preferencia el sensor se utiliza,
simultáneamente, para regular la temperatura y la presión. Un
microprocesador permite calcular la masa de agua inicial en función
de la elevación de temperatura y la duración de una medición durante
el primer calentamiento, de acuerdo con la fórmula m_{0} =
a\timest/(T_{final}-T_{inicial})+b, siendo
m_{0} la masa de agua inicial, a y b constantes relacionadas con
la construcción del recipiente, t la duración de la medición,
T_{final} la temperatura al final de la medición y T_{inicial}
la temperatura al inicio de la medición. La duración t al principio
del calentamiento puede ser relativamente grande, la diferencia de
temperatura grande, lo que proporciona una buena precisión al
cálculo, incluso con un recipiente de gran tamaño. La masa de agua
inicial es memorizada por el microprocesador. De preferencia, este
microprocesador garantiza, también, la regulación de temperatura y
de presión. De manera equivalente, puede utilizarse electrónica
analógica o un circuito integrado específico para una aplicación
(ASIC).
Después, las purgas y los calentamientos
producen variaciones de temperatura pequeñas y perturbaciones, que
afectan a la precisión de una determinación simple del nivel de
acuerdo con la fórmula precedente. Por tanto, se prefiere calcular
la masa de agua extraída durante cada purga y deducirla de la masa
de agua inicial, de acuerdo con la fórmula m = m_{0} -
caudal\timestiempo de purga. Ello resulta posible porque, en casi
todos los casos de utilización, el caudal que dependa de la presión
está limitado, prácticamente, sólo por las pérdidas de carga del
aparato usuario y varía muy poco con las condiciones de utilización.
Por ejemplo, el caudal de vapor de una plancha depende poco de la
manera en que se aplique la plancha sobre el tejido; la presión de
vapor del recipiente, por ejemplo, tres bares, es muy superior a la
presión necesaria para atravesar los tejidos. Esta presión
disminuye, esencialmente, en los conductos y orificios diversos del
equipo. En cambio la presión, y, por tanto, el caudal, varían mucho
con la temperatura del recipiente. El microprocesador entrega una
señal representativa del nivel de agua.
De preferencia, los medios determinan el caudal
en función de la temperatura del recipiente.
La presión, al ser una presión de vapor
saturante, está relacionada directamente con la temperatura del
recipiente. El cálculo del caudal relacionado con la presión
mediante una función que sólo dependa de las disposiciones
constructivas del aparato resulta posible. De preferencia, se
establece una tabla de correspondencia del caudal de vapor medido a
diferentes temperaturas del recipiente en el intervalo de trabajo.
Esta tabla es memorizada en el dispositivo electrónico y se
determina el valor instantáneo del caudal a partir de esta tabla en
función de la temperatura instantánea del recipiente. La ventaja de
este cálculo consiste en permitir, al usuario que actúe sobre un
valor de referencia, ajustes de temperatura y de presión de gran
amplitud. De esta manera, el usuario puede hacer variar el caudal
de su aparato, sin que ello afecte a la determinación del nivel de
agua.
En una versión, el generador comprende un sensor
de presión y los medios calculan el caudal en función de la presión
en el recipiente.
El cálculo es, entonces, más directo. De
preferencia se establece una tabla de correspondencia entre el
caudal y la presión en el intervalo útil de funcionamiento. Esta
tabla es memorizada en el dispositivo electrónico y el valor
instantáneo del caudal se calcula a partir de la misma.
Resulta evidente que en una utilización del
generador en la que las otras condiciones de utilización fueran
variables, determinantes en relación con el caudal y conocidas, el
caudal podría corregirse en función de estas condiciones
instantáneas. Por ejemplo, podría corregirse en función de la
apertura progresiva de un orificio de purga de vapor.
El recipiente del generador está dotado de un
elemento calentador que funciona a potencia sensiblemente constante
y conocida. Las variaciones de la potencia de calentamiento que se
constatan como consecuencia de las fluctuaciones de la red, o entre
un elemento calentador y otro en una fabricación en serie, se
mantienen, normalmente, en límites aceptables para la precisión
deseada. Pero si se desea una gran precisión, es posible incorporar
medios electrónicos conocidos de medición de tensión, o de potencia
consumida, para corregir el caudal calculado, como consecuencia de
estas variaciones.
De preferencia, el dispositivo de visualización
presenta el nivel mediante un valor relativo al nivel de recipiente
lleno.
La indicación del porcentaje de llenado es más
inteligible para el usuario que la indicación de un valor
absoluto.
La señal representativa del nivel de agua puede
destinarse a accionar cualquier medio de presentación visual
analógico o digital, por ejemplo, una presentación digital que
indique un valor de cero a cien. De preferencia cero es
representativo de un recipiente vacío y cien de un recipiente
lleno.
La señal puede ser analógica y accionar un
galvanómetro de aguja. En tal caso, la desviación plena puede
corresponder al recipiente lleno y una desviación nula al
recipiente vacío, o a la inversa. Pictogramas pueden indicar,
entonces, el sentido de desviación para el recipiente lleno.
De preferencia, el campo de presentación visual
se escinde en campos contiguos que correspondan a intervalos
predeterminados en los que pueda encontrarse el nivel instantáneo,
estando dotado cada campo de una señal luminosa.
La señal luminosa puede consistir, por ejemplo,
en un diodo fotoemisor o un elemento de una pantalla de cristal
líquido.
Las señales luminosas están previstas
yuxtapuestas con el fin de representar una escala de llenado. Cada
señal luminosa es excitada cuando el nivel se encuentre en el campo
predeterminado que la corresponda. Las señales luminosas y los
intervalos están previstos de manera que la escala se encienda o se
apague, progresivamente, de un extremo al otro, cuando el nivel
pase de 100% a 0%.
El número de señales luminosas puede ser muy
grande, en tal caso, la indicación de nivel será casi continua, o
muy reducido, por ejemplo, igual a cuatro, indicando solamente si el
llenado corresponde a un cuarto de la capacidad, a la mitad, a tres
cuartos o a la capacidad plena.
De preferencia, el generador comprende una señal
luminosa o un avisador sonoro de recipiente vacío, controlados
merced a los medios de detección de recipiente vacío y/o al sistema
de detección de nivel, cuando el nivel descienda por debajo de un
umbral predeterminado.
Este sistema permite al usuario anticipar la
interrupción completa del funcionamiento. En ese caso, la señal
luminosa indica un funcionamiento en reserva de agua, hasta la
interrupción de la generación de vapor. El umbral de encendido de
la señal luminosa puede fijarse de manera que el usuario disponga de
algunos minutos antes de la interrupción completa de la
vaporización. Entonces, el usuario puede tomar sus disposiciones
para interrumpir su trabajo en las mejores condiciones.
La invención incluye, también, un procedimiento
de determinación del nivel de agua en un generador de vapor que
comprende un recipiente destinado a ser llenado de agua y calentado
luego para generar un vapor a una presión superior a la
atmosférica, que consiste en calcular un nivel de agua inicial en
función de la curva de temperatura de primer calentamiento,
calcular para cada purga el producto del caudal másico de vapor de
agua por el tiempo de dicha purga, que corresponde a la masa de agua
purgada en forma de vapor, y calcular cada nivel de agua
residual.
La invención se comprenderá mejor a partir de la
descripción que sigue y los dibujos adjuntos.
La figura 1 es una vista esquemática de un
aparato de planchado que comprende un generador de acuerdo con la
invención.
En una realización preferida de la invención, el
generador comprende un recipiente cilíndrico 1 provisto de un
elemento calentador eléctrico 11, un interruptor térmico de
seguridad, un orificio de llenado cerrado mediante un tapón 12 de
seguridad en previsión de aumentos de presión y un orificio de
extracción del vapor provisto de una electroválvula 13. La
electroválvula 13 es accionada mediante el aparato 20 utilizador del
vapor, en este caso una plancha, provisto de un mando 21 de
vaporización susceptible de producir la apertura de la
electroválvula 13.
Un circuito electrónico 30, previsto
inmediatamente junto a una parte frontal visible del generador,
agrupa al máximo los componentes activos de control, así como los
componentes de accionamiento y visualización del funcionamiento. El
circuito 30 monta, también, componentes de potencia que actúan,
entre otras cosas, sobre el elemento calentador 11. Un
microprocesador 31 recibe las informaciones de temperatura del
recipiente 1 proporcionadas por un sensor 14 posicionado en el
fondo de dicho recipiente 1, y una información del estado de
apertura o cierre de la electroválvula 13. El operario puede
observar un grupo de cuatro señales luminosas 32 alineadas y que se
enciendan, sucesivamente, para un recipiente lleno a un cuarto, a la
mitad, a tres cuartos y al máximo de su capacidad, respectivamente.
Una señal luminosa 33, denominada de recipiente vacío, se enciende
de modo intermitente si el contenido de un recipiente es inferior al
5% de su capacidad. Cuando el recipiente esté completamente vacío,
los medios habituales de detección de recipiente vacío mantienen la
señal luminosa 33 encendida de manera permanente. El circuito 30
monta, también, un mando 34 merced al cual el usuario regula el
caudal de su plancha, es decir, en realidad, la temperatura de
referencia del recipiente 1.
Los otros mandos y visualizaciones habituales en
este tipo de aparato, tales como los mandos de puesta en marcha e
interrupción, testigo de calentamiento, etc., no se representan.
Cuando el usuario quiera comenzar una sesión de
planchado, retira el tapón de seguridad 12, llena de agua el
recipiente 1, lo vuelve a cerrar, indica un caudal de vapor deseado
actuando sobre el mando 34 y conecta el aparato. El microprocesador
31 registra la temperatura inicial proporcionada por el sensor 14 y
totaliza el tiempo transcurrido. Simultáneamente el microprocesador
31 asegura la regulación de temperatura del recipiente 1.
La alimentación del elemento calentador se corta
cuando el sensor 14 indique una temperatura igual a la temperatura
de referencia, por ejemplo 115ºC, fijada mediante el mando 34. En
ese momento, el microprocesador registra la diferencia entre la
temperatura del sensor 14 y la temperatura inicial, e interrumpe la
medición del tiempo. La relación entre la diferencia de temperatura
y el tiempo medido proporciona una velocidad de calentamiento que,
al ser constante y conocida la potencia del elemento calentador,
permite determinar la masa de agua contenida en el recipiente 1.
El valor de esta masa se registra y se compara
con cuatro umbrales que correspondan, respectivamente, a un llenado
sensiblemente igual al 5%, al cuarto, a la mitad y a los tres
cuartos de la masa máxima de agua admisible en el recipiente 1. Si
la cantidad de agua es inferior al 5% de la capacidad posible la
señal luminosa de recipiente vacío parpadea, o permanece encendida
permanentemente si ya no queda agua, si la cantidad de agua es
inferior al cuarto, se enciende la primera señal luminosa, si la
cantidad de agua es inferior a la mitad, se enciende la segunda
señal luminosa, si la cantidad de agua es inferior a los tres
cuartos, se enciende la tercera señal luminosa, de otro modo, se
enciende la cuarta señal luminosa. El usuario dispone así de una
presentación visual satisfactoria del grado de llenado de su
recipiente.
Para aparatos un poco más sofisticados, el
número de umbrales y de señales luminosas o indicadores puede
aumentarse sin dificultad para conseguir la presentación visual con
la precisión deseada.
Cuando el usuario utilice la plancha 20 aprieta
el mando 21 para obtener el vapor. El microprocesador 31 mide,
entonces, el tiempo de apertura de la electroválvula 13, calcula el
caudal másico en función de la temperatura detectada por el sensor
14 y calcula la cantidad de agua purgada en forma de vapor. Esta
cantidad purgada se resta de la cantidad en memoria, que es la
cantidad previa a la primera purga. Al final de cada purga se
reactualiza la presentación visual por comparación de la cantidad de
agua memorizada con los umbrales y como se ha indicado en lo que
antecede.
Cuando la cantidad de agua restante sea inferior
al primer umbral predeterminado, por ejemplo al 5% de la capacidad
total, todos las señales luminosas 32 se apagan y la señal luminosa
33 de recipiente vacío parpadea. Entonces, el usuario sabe que ya
no dispone de mucha agua pero puede interrumpir su trabajo en las
mejores condiciones, una vez que termine de planchar la pieza de
ropa que esté planchando en ese momento. El usuario no se
sorprendería por una interrupción intempestiva de la vaporización,
que provocaría el encendido de la señal luminosa 33 de manera
permanente.
En caso de que el recipiente 1 esté vacío, la
señal luminosa 33 se mantiene encendida y el elemento calentador 11
es desconectado hasta que el usuario interrumpa completamente el
funcionamiento del aparato, con el fin de efectuar un nuevo llenado
e iniciar de nuevo una sesión de planchado.
En otra versión, la masa de agua registrada en
forma digital es convertida en una señal analógica destinada a ser
presentada visualmente. En ese caso, un galvanómetro de aguja indica
el nivel de agua al usuario. Asimismo, se compara el valor
registrado con un umbral mínimo, con el fin de accionar la señal
luminosa de recipiente vacío del modo descrito en lo que
antecede.
En una realización similar, se determina la masa
de agua inicial m_{0} a partir de la duración del calentamiento t
entre dos temperaturas predeterminadas, superiores a la temperatura
ambiente e inferiores a la temperatura de referencia más baja que
el usuario pueda indicar, por ejemplo, entre 40ºC y 80ºC.
En otra versión, el mando 34 actúa sobre la
potencia media del elemento calentador 11. Al inicio del
funcionamiento, el recipiente 1 se calienta hasta una temperatura
de referencia predeterminada, después, durante las purgas, el
elemento calentador 11 se alimenta con una potencia reducida que
corresponda a un caudal de vapor inferior al máximo posible.
Entonces, la presión y la temperatura pueden caer, pero está
previsto que el dispositivo de determinación de nivel, al tener en
cuenta la temperatura instantánea, pueda proporcionar una indicación
correcta mediante este tipo de regulación.
Puede verse que la gran flexibilidad de este
dispositivo le permite adaptarse a numerosos tipos de
regulación.
Muchos métodos diferentes conocidos de
presentación visual del nivel resultan posibles sin salir del ámbito
de la invención, tal como se define mediante las reivindicaciones,
lo que permite determinar este nivel económicamente y con buena
precisión. Los generadores de vapor provistos de este dispositivo
aportan una comodidad de uso apreciable al usuario.
Claims (7)
1. Generador de vapor que comprende un
recipiente (1) destinado a ser llenado de agua y, a continuación,
calentado con el fin de generar un vapor a una presión superior a
la atmosférica, un dispositivo electrónico (30) de determinación y
visualización del nivel de agua, caracterizado porque el
dispositivo de determinación del nivel de agua comprende medios
para calcular un nivel de agua inicial en función de la curva de
temperatura de primer calentamiento, medios para calcular, para
cada purga, el producto del caudal másico de vapor de agua por el
tiempo de dicha purga, que corresponde a la masa de agua purgada en
forma de vapor, y medios de cálculo de cada nivel de agua
residual.
2. Generador de vapor según la reivindicación 1,
caracterizado porque los medios calculan el caudal en función
de la temperatura del recipiente (1).
3. Generador de vapor según la reivindicación 1,
caracterizado porque el generador comprende un sensor de
presión, y los medios calculan el caudal en función de la presión en
el recipiente (1).
4. Generador de vapor según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
dispositivo (32, 33) de visualización presenta el nivel mediante un
valor relativo al nivel de recipiente lleno.
5. Generador de vapor según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el campo
de presentación visual está escindido en varios campos contiguos que
corresponden a intervalos predeterminados en los que pueda
encontrarse el nivel instantáneo, estando dotado cada campo de una
señal luminosa.
6. Generador de vapor según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende
una señal luminosa (33) y/o un avisador sonoro de recipiente vacío,
controlados merced a los medios conocidos de detección de
recipiente vacío y/o merced al sistema de detección de nivel, que
activan dicha señal luminosa (33) o dicho avisador cuando el nivel
descienda por debajo de un umbral predeterminado.
7. Procedimiento de determinación del nivel de
agua en un generador de vapor que comprende un recipiente (1)
destinado a ser llenado de agua y, luego, calentado con el fin de
generar un vapor a una presión superior a la presión atmosférica,
caracterizado porque consiste en calcular un nivel de agua
inicial en función de la curva de temperatura de primer
calentamiento, calcular, para cada purga, el producto del caudal
másico de vapor de agua por el tiempo de dicha purga, que
corresponde a la masa de agua purgada en forma de vapor, y calcular
cada nivel de agua residual.
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