MXPA04008625A

MXPA04008625A - Sistemas para regular el voltaje a un encendedor de resistencia electrica.

Info

Publication number: MXPA04008625A
Application number: MXPA04008625A
Authority: MX
Inventors: James M Ralson
Original assignee: Saint Gobain Ceramics
Priority date: 2002-03-04
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2004-12-06
Also published as: US7671305B2; JP4149932B2; US20070007278A1; KR100817737B1; BR0308186A; EP1481571A4; CN1640195A; KR20040096655A; AU2003232891B2; US7148454B2; AU2003232891A1; EP1481571B1; WO2003076848A2; EP1481571A2; JP2005519257A; WO2003076848A3; CA2477274C; KR20070005742A; US20030164368A1; BRPI0308186B1

Abstract

Se describen sistemas y metodos para energizar un encendedor de resistencia electrica; los sistemas y metodos determinan el voltaje de linea dentro del sistema y controlan el voltaje que es aplicado a los encendedores de resistencia electrica de manera que un primer voltaje se aplica inicialmente durante un periodo de tiempo y subsecuentemente se aplica un segundo voltaje, el segundo voltaje es el voltaje de operacion para el encendedor; los sistemas y metodos disminuyen la cantidad de tiempo requerido para calentar el encendedor de resistencia electrica a una temperatura suficiente para encender el gas mientras que regulan el voltaje de salida que es suministrado a los encendedores para prevenir el dano por sobrevoltaje a los encendedores.

Description

SISTEMAS PARA REGULAR EL VOLTAJE A UN ENCENDEDOR DE RESISTENCIA ELECTRICA MEMORIA DESCRIPTIVA La presente invención se refiere a sistemas de control para encendedores de quemador de combustible y más particularmente a sistemas de control para encendedores del tipo de resistencia eléctrica para quemadores de combustible y métodos para controlar el voltaje a los mismos. Existe un número de artefactos tales como cocinas y secadores de ropa y aparatos de calentamiento tales como calderas y hornillos en los cuales un material combustible, tal como un hidrocarburo combustible (por ejemplo, propano, gas natural, petróleo) se mezcla con aire (es decir, oxígeno) y se quema continuamente dentro del artefacto o aparato de calentamiento para proveer una fuerte continua de energía calorífica. Esta fuente continua de energía calorífica se utiliza por ejemplo, para cocinar alimentos, calentar agua para suministrar una fuente de agua calentada y aire térmico o agua para calentar una construcción tal como una casa. Debido a que la mezcla de combustible y aire (es decir, mezcla de aire/combustible) no se enciende por sí misma cuando se mezclan sus componentes, se debe proveer una fuente de ignición para iniciar el proceso de combustión y continuar operando hasta que el proceso de combustión se mantenga por sí mismo. En el pasado no demasiado lejano, la fuente de ignición era lo que comúnmente se conoce como una llama de encendido en la cual una cantidad muy pequeña del material combustible y aire se mezclaban y se quemaban continuamente aún cuando el aparato de calentamiento o artefacto no estaba en operación. Por diversas razones, el uso de una llama de encendido como una fuente de ignición se hizo continuamente con y un encendedor usado en su lugar. Un encendedor es un dispositivo que crea las condiciones requeridas para la ignición de la mezcla de aire/combustible en demanda, que incluye encendedores del tipo de chispa tales como encendedores piezoeléctricos y encendedores del tipo de superficie caliente tales como-encendedores de superficie caliente de carburo de silicio. Los encendedores del tipo de chispa que producen una chispa eléctrica que enciende gas, proveen ventajosamente una ignición muy rápida, es decir, una ignición dentro de unos cuantos segundos. Los problemas con los encendedores del tipo de chispa, sin embargo, incluyen entre otras cosas el ruido físico y electrónico producido por la chispa. Con los encendedores de superficie caliente, tal como el encendedor de superficie caliente de carburo de silicio, el elemento o punta de encendido se calienta de manera resistiva por electricidad a la temperatura requerida para la ignición de la mezcla de aire/combustible, de esta manera, cuando la mezcla de aire/combustible fluye próxima al encendedor, ésta se enciende. Este proceso se repite tanto como se necesite para cumplir con los requisitos de operación particulares para el artefacto/aparato de calentamiento. Los encendedores del tipo de superficie caliente son ventajosos en el sentido de que ellos producen un ruido insignificante en comparación con los encendedores del tipo de chispa. Los encendedores del tipo de superficie caliente, sin embargo, pueden requerir tiempo de calentamiento/ignición significativo para calentar de manera resistiva el encendedor de resistencia suficientemente a una temperatura que encenderá el gas. En algunas aplicaciones, este calentamiento puede variar entre aproximadamente 15 y aproximadamente 45 segundos. En años recientes, se han hecho esfuerzos para desarrollar un encendedor fuerte de bajo ruido que pueda encender el gas rápidamente, es. decir, dentro de unos cuantos segundos. En la Patente norteamericana No. 4,925,386 se encontró un sistema de control para encendedores del tipo de resistencia eléctrica, y más específicamente para elementos de calentamiento-de tungsteno inmersos en un aislante de nitruro de silicio. La temperatura. relativamente exacta de la escala de operación de los encendedores de nitruro de silicio necesita un sistema de control. Realmente, la escala de operación de los encendedores de nitruro de silicio debe permanecer entre la temperatura más baja que encenderá el gas y la temperatura a la cual el encendedor falla, es decir, que el elemento de calentamiento de tungsteno se descompone. Durante el tiempo estipulado, esta escala exacta de las temperaturas de operación se limita adicionalmente debido a un proceso conocido como "envejecimiento". Como los elementos de calentamiento de tungsteno se calientan repetidamente para aumentar relativamente las temperaturas, los filamentos de tungsteno se oxidan o "envejecen". El envejecimiento se manifiesta como un cambio transversal, es decir, disminución, en el filamento de tungsteno. Como resultado, las temperaturas de operación aceptables disminuyen rutinariamente y continúan disminuyendo con envejecimiento adicional. El sistema de control descrito incluye un microprocesador y un programa de aprendizaje para controlar y modular medios de conmutación de estado sólido para el encendedor se pueda calentar rápidamente y para que se mantenga en o cerca de una temperatura de ignición adecuada, la cual está debajo de la temperatura máxima de operación. Además, el programa de aprendizaje descrito mantiene la temperatura del encendedor justo arriba de la temperatura necesaria para encender el gas, para proveer una ignición rápida, mientras se vigila continuamente la temperatura máxima permisible para prevenir daño al encendedor. De manera similar, en la Patente norteamericana No. 5,725,368 se encontró un sistema de control mejorado que controla la energización de un encendedor de nitruro de silicio que, supuestamente, permite la ignición dentro de aproximadamente dos segundos. El sistema de control descrito incluye una microcomputadora en combinación con un conmutador electrónico en serie con un encendedor y un programa de aprendizaje. La microcomputadora determina el nivel de energía que será aplicado al encendedor como una función del voltaje disponible para energizar el encendedor y la resistencia del encendedor. El conmutador electrónico suministra energía dependiendo del tiempo al encendedor usando una secuencia de encendido irregular. Existen, sin embargo, diversas insuficiencias con estos dos sistemas de control. Primero, ellos son formulados para un tipo de encendedor específico que está sujeto a "envejecimiento". Como resultado, los sistemas requieren un hardware y un software para permitir el programa de aprendizaje. Ellos también mantienen continuamente la temperatura del encendedor ligeramente por arriba de la temperatura mínima de ignición, por ejemplo, aproximadamente 1200 grados centígrados. De esta amanera, sería deseabl proveer un sistema de control fuerte para energizar un encendedor del tipo de superficie caliente de un tipo que no es susceptible a envejecimiento significativo y que no tiene que mantener el encendedor continuamente a aproximadamente 1200 grados centígrados. La presente invención muestra un sistema de control para un encendedor del tipo de superficie caliente, el sistema de control comprende un dispositivo de control que está configurado y arreglado para monitorear continuamente el voltaje de línea al sistema, para determinar el tiempo de voltaje de línea completo que será aplicado al encendedor del tipo de superficie caliente como una función del voltaje de línea medido, y para regular el voltaje que será aplicado al encendedor de resistencia eléctrica a otro nivel de voltaje. El sistema de control también incluye un dispositivo conmutador que controla selectivamente el voltaje que será aplicado al encendedor de resistencia eléctrica sensible a señales del dispositivo de control. En una modalidad más particular, el otro nivel de voltaje es el voltaje de operación nominal para el encendedor de resistencia eléctrica. En modalidades más particulares, el dispositivo de control comprende un microprocesador y el dispositivo conmutador comprende un tiristor o más particularmente un conmutador electrónico. El microprocesador es cualquiera de un número de microprocesadores que son conocidos para aquellos expertos en la técnica que incluye una unidad central de procesamiento (UCP), una o más memorias, y un programa de aplicación para ejecución en la UCP. En una modalidad más específica, dicha una o más: memorias comprenden dos memorias; una memoria que es introducida por la. UCP y la segunda es una memoria de tipo permanente para almacenar información tal como tablas de consulta para determinar y ajusfar la duración para el tiempo "completo" y tablas de consulta para determinar un ciclo de1 trabajo que suministra voltaje continuo al encendedor de resistencia eléctrica con base en el voltaje de línea. En modalidades adicionales, la UCP y dicha una o más memorias están dispuestas en un solo circuito integrado. El tiristor o conmutador electrónico está acoplado de manera operable al dispositivo de control y al encendedor de resistencia eléctrica para ser controlado selectivamente por el dispositivo de control y para controlar selectivamente el voltaje que será aplicado al encendedor de resistencia eléctrica. En modalidades más particulares, el tiristor o conmutador electrónico es controlado por el dispositivo de control de manera que el voltaje de línea completo es aplicado para un periodo de tiempo predeterminado y subsecuentemente el dispositivo de control controla el tiristor o conmutador electrónico de manera que sea aplicado un voltaje correspondiente a otro nivel de voltaje. En una modalidad más específica, el dispositivo de control controla el tiristor o conmutador electrónico mediante el ciclo de trabajo del voltaje de línea de CA en aumentos de ciclo de media onda. En una modalidad todavía más especifica, el dispositivo de control monitorea el voltaje de línea y regula el voltaje que será aplicado de manera que un voltaje completamente constante sea aplicado al encendedor de resistencia eléctrica. De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se muestra un método para controlar la energización de uno o más encendedores de resistencia eléctrica. Este método incluye determinar un voltaje de línea; proveer un voltaje de línea completo al encendedor de-resistencia eléctrica durante un periodo de tiempo "completo"; y regular el. voltaje al encendedor de resistencia eléctrica después de la expiración del periodo de tiempo "completo". En una modalidad más particular, el periodo de tiempo "completo" se determina con base en el voltaje de línea al sistema cuando el sistema es para energizar dicho uno o más encendedores de resistencia eléctrica. Además, dicha regulación incluye regular el voltaje de manera que se aplique un voltaje de operación nominal al encendedor de resistencia eléctrica. En modalidades más específicas, dicha regulación incluye el ciclo de trabajo del voltaje de línea de CA en aumentos de media onda.

El sistema y método de control de la presente invención, proveen un sistema de control fuerte y una metodología para energizar uno más encendedores de superficie caliente de un tipo que no es susceptible a envejecimiento significativo. Más aún, el sistema y método de control de la presente invención, proveen un sistema de control y metodología que no mantienen el encendedor continuamente a aproximadamente una temperatura de ignición (por ejemplo 1200 grados centígrados) en cambio calientan de manera resistiva dicho uno o más encendedores de superficie caliente usando voltaje de línea completo durante un periodo predeterminado y subsecuentemente regulan la entrada de voltaje de línea de manera que se: aplique un voltaje a otro nivel de voltaje, un voltaje de operación nominal para el encendedor. También se muestra un aparato de calentamiento, dispositivo o un artefacto que incluyen un sistema de control de encendedor de acuerdo con la presente invención. Tal aparato de calentamiento, dispositivo o artefacto incluye adicionalmente mecanismos para controlar y admitir gas de combustión en la proximidad al encendedor. Otros aspectos y modalidades de la invención se discuten más adelante. Para un mejor entendimiento de la naturaleza y objetos deseados de la presente invención, se hace referencia a la siguiente descripción detallada tomada en conjunto con las figuras anexas en donde el carácter de referencia similar denota partes que corresponden a través de diversas vistas y en donde: La Figura 1 es una vista esquemática de una modalidad ilustrativa de un sistema de control de encendedor de un sistema de acuerdo con la presente invención; La Figura 2 es un diagrama de flujo que ilustra una modalidad de un método para energizar un encendedor de acuerdo con la presente invención; y La Figura 3 es una vista esquemática simplificada de un artefacto o aparato de calentamiento que tiene un encendedor y un sistema de control de encendedor de acuerdo con la presente invención. Haciendo ahora referencia a las diferentes figuras en donde los caracteres de referencia se refieren a partes similares, en la Figura 1 se muestra una vista esquemática de una modalidad ilustrativa de un sistema de control de encendedor 10 de acuerdo con la presente invención que se conecta eléctricamente a un encendedor de superficie eléctrica 20 y una fuente de energía eléctrica 4. El encendedor de superficie eléctrica 20 es cualquiera de un número de encendedores de superficie caliente de resistencia, más particularmente, encendedores de superficie eléctrica del tipo de cerámica, conocidos para aquellos expertos en la técnica. En una modalidad particularmente ilustrativa, el encendedor 20 es un encendedor de superficie caliente intermetálico/cerámica tal como Norton Mini Igniters® fabricado por St. Gobian Industrial Ceramics Norton Igniter Products. Un dispositivo de ignición incluye típicamente un elemento calentador que se extiende hacia fuera desde un extremo de la base a la cual está asegurado. Esto no será limitante para que la presente invención se pueda utilizar con otros tipos de encendedores de superficie caliente así como también otros tipos de dispositivos de ignición o encendedores, tal como por ejemplo Norton CRYSTAL Igniters®. En modalidades específicas ejemplificadas, el encendedor de superficie eléctrica 20 es un encendedor de resistencia eléctrica que tiene un voltaje de operación nominal de 18, 60, 70, 80, ó 150 volts (V)CA, sin embargo, se debe reconocer que la presente invención no está limitada particularmente a estos voltajes de operación: nominal ejemplificados. La fuente de energía 4 para el encendedor de superficie caliente de resistencia 20 y el sistema de control 10 tiene suficiente capacidad para calentar el elemento calentador del encendedor a la temperatura requerida para la ignición de la mezcla de combustible así como también para la operación de las diversas funciones del sistema de control. La fuente de energía eléctrica 4 es cualquiera de un número de fuentes de energía eléctrica conocidas para aquellos expertos en la técnica. En una modalidad ejemplificada, la fuente de energía eléctrica 4 es el cableado eléctrico del edificio o construcción en el cual está ubicado el dispositivo de calentamiento 100 (Figura 3), dicho cableado eléctrico está interconectado por medio de una caja de fusibles o el equivalente al sistema de distribución eléctrico de un servicio eléctrico. Como se indicó en la presente, el voltaje de operación de un sistema de distribución eléctrico puede variar a través de una escala de voltajes así como también puede ser dependiente del país o región que genera la energía. El sistema de control 10 de acuerdo con un aspecto de la presente invención está configurado y arreglado para controlar la operación que incluye la energización, del encendedor de superficie eléctrica 20. El sistema de control 10 de conformidad con la presente invención incluye un tiristor 12, circuitos cruzados en el punto cero 14, un alimentador de energía 16, un aparato de medición de voltaje de línea 18 y un microcontrolador 30. Los circuitos cruzados en el punto cero 14 se acoplan eléctricamente a la fuente de energía 4 para monitorear el voltaje de línea de la fuente de energía y están acoplados de manera operable al microcontrolador 30. Los circuitos cruzados en el punto cero 14 son cualquiera de un número de circuitos conocidos para aquellos expertos en la técnica que: están configurados y arreglados para ser capaces de detectar o determinar cuando el voltaje de línea de CA cruza el eje de tiempos, en otras palabras, pasa a través del voltaje nulo. Los circuitos cruzados en el punto cero 14 también están configurados y arreglados para proveer una señal de salida al microcontrolador 30 cuando el voltaje de línea de CA pasa a través del voltaje nulo. En una modalidad ejemplificada, las señales de salida son señales digitales. El alimentador de energía 16 está acoplado eléctricamente a la fuente de energía 4 y al microcontrolador 30. El alimentador de energía 16 es cualquiera de un número de fuentes de energía conocidas para aquellos expertos en la técnica que está configurado y arreglado para proveer el voltaje apropiado y corriente requerida para la operación del microcontrolador 30. En una modalidad ejemplificada, el alimentador de energía 16 incluye un capacitor conectado en serie y un diodo Zener que declina el voltaje de línea al voltaje de operación del microcontrolador 30. El aparato de medición de voltaje de línea 18 está acoplado eléctricamente a la fuente de energía 4 y está acoplado de manera operable al microcontrolador 30. El aparato de medición de voltaje de línea 18 incluye cualquiera de un número de circuitos de medición de voltaje de línea* conocidos para aquellos expertos en la técnica que está configurado y arreglado para monitorear y determinar el voltaje de línea de la fuente de poder 4 y para proveer señales de salida representativas del voltaje de línea determinado. Más particularmente, dichos circuitos están configurados y arreglados para ser capaces de determinar rápidamente el voltaje de línea y proveer dichas señales de salida al microcontrolador 30. En una modalidad más particular, el aparato de medición de voltaje de línea 18 comprende un circuito de filtro divisor del resistor convencional. En una modalidad ejemplificada, las señales de salida son señales análogas, sin embargo, los circuitos se pueden configurar para proveer señales de salida digitales. El microcontrolador 30 incluye una unidad de procesamiento 32, una memoria de acceso directo 34, una memoria permanente 36, y un programa de aplicaciones para ejecución en la unidad de procesamiento. El programa de aplicaciones incluye instrucciones y criterios para recibir y procesar las diversas señales que son alimentadas al microcontrolador 30 del aparato de medición de voltaje de línea 18 y los circuitos cruzados en el punto cero 14 y para proveer señales de control de salida al tiristor 12, con lo cual se controla le energización del encendedor de superficie caliente 20. El programa de aplicaciones, que incluye instrucciones y criterios del mismo, es discutido más adelante con respecto a las Figuras 2-3. La unidad de procesamiento 32 es cualquiera de un número de microprocesadores conocidos para aquellos expertos en la técnica para ejecutar funciones descritas en la presente y operar en las condiciones externas propuestas. En una modalidad ejemplificada, la unidad de procesamiento 32 es Samsung S3C9444 ó Microchip 12C671 . La memoria de acceso directo (RAM) 34 y la memoria permanente 36 es cualquiera de un número de dispositivos de memoria, circuitos integrados de memoria, o; similares como son conocidos para aquellos expertos en la técnica. La memoria permanente 36 comprende más particularmente ya sea una memoria de tipo instantánea o de tipo huso. En modalidades ilustrativas más particulares, la memoria permanente 36 incluye una memoria de acceso directo permanente (NVRAM), una memoria sólo de lectura (ROM) tal como EPROM (memoria programable y que puede borrarse). En una modalidad particular, la unidad de procesamiento 32, la RAM 34 y la memoria permanente 36 están dispuestas/arregladas para ser colocadas en un solo circuito integrado. Esto no es particularmente limitante para que estos componentes se puedan configurar y arreglar en cualquiera de un número de maneras conocidas para aquellos expertos en la técnica. El tiristor 12 es un rectificador que interrumpe la corriente tanto en sentido directo como en sentido inverso. En una modalidad más específica, el tiristor 12 es un conmutador electrónico como es conocido para aquellos expertos en la técnica que interrumpe la corriente en cualquier sentido hasta que se recibe un impulso de entrada del microcontrolador 30. Al recibir el impulso de entrada, la corriente fluye a través del conmutador electrónico. El tiristor 12 o conmutador electrónico está acoplado eléctricamente a la fuente de energía 4 y al encendedor de superficie caliente 20 para controlar el flujo, de corriente desde la fuente de energía a través del encendedor de superficie caliente. De esta manera, en el caso en donde el tiristor 12 o el conmutador electrónico está interrumpiendo el flujo de corriente, el encendedor de superficie caliente 20, se desactiva. En el caso en donde el tiristor 12 o conmutador electrónico ha recibido un impulso de entrada, la corriente fluye a través del encendedor de superficie caliente 20 con lo cual se energiza el encendedor y provoca que sea calentado. La operación del sistema de control de encendedor 10 es mejor entendida a partir de la siguiente discusión y haciendo referencia a la Figura 2. La referencia también se debería hacer a la Figura 1 y a la discusión anterior para características y funciones del sistema de control sin perjuicio de que se provean o discutan más adelante. Como se advierte anteriormente, lo siguiente también describe las funciones así como también las instrucciones y criterios del programa de aplicaciones que serán ejecutadas en el procesador 32 del microcontrolador 30. Como se describe más particularmente adelante, con respecto a la Figura 3, el sistema de control de encendedor 10 se opera de manera que el encendedor de superficie caliente 20 se desactiva durante aquellos momentos cuando la energía de calentamiento no es producida por el artefacto o dispositivo de calentamiento 100 (Figura 3). De esta manera, durante el tiempo en el cual no se produjo calor, el sistema de control de encendedor 10 está en un estado inactivo, etapa 202. En una modalidad más particular, el sistema de control de encendedor 10 está configurado y arreglado para suministrar energía cuando está en el estado inactivo. Cuando la energía calorífica es para ser producida por el artefacto o dispositivo de calentamiento 100, se provee una señal de entrada al microcontrolador 30 del sistema de control de encendedor 10, tal como una señal corresponde a una.; señal para energizar dicho uno o más encendedores de superficie caliente 20 del dispositivo de calentamiento, etapa 204. De manera alterna, en el caso en donde el sistema de control de encendedor 10 es suministrado de energía en el estado inactivo, se puede manifestar una señal para restaurar la energía al sistema de control. Después de la recepción de esta señal, el microcontrolador 30 genera una señal (por ejemplo, un impulso de entrada) para el dispositivo electrónico o tiristor 12 para quemar el tiristor de manera que la corriente de la fuente de energía 4 fluya a través de uno o más encendedores de superficie caliente 20. Mas particularmente, el microcontrolador 30 controla el conmutador electrónico o tiristor 12 de manera que la corriente fluya continuamente y de manera que el voltaje "completo" se suministre al encendedor de superficie caliente 20, etapa 206. Esto produce típicamente una condición de "sobrevoltaje", que es el voltaje producido a través del encendedor de superficie caliente 20 el cual es más que el voltaje de operación nominal para los encendedores. En consecuencia, el encendedor de superficie caliente 20 calienta más rápido para una temperatura dada y también producirá más energía calorífica en los encendedores. Como se indicó anteriormente, el aparato de medición de voltaje: de línea 18 monitorea el voltaje de línea de la fuente de energía 4 y provee señales de salida representativas del voltaje de línea al microcontrolador. Después de recibir una señal de energización, el microcontrolador 30 procesa las señales de salida del aparato de medición de voltaje de linea 18 para determinar la amplitud del voltaje de línea, etapa 220. En los Estados Unidos de América, en donde el voltaje de línea especificado es 220 VCA, el voltaje de línea nominal varia típicamente entre aproximadamente 208 VCA y aproximadamente 240 VCA. En Europa y otras partes del mundo, en donde el voltaje de línea especificado es de 230 VCA, el voltaje de línea nominal varia típicamente entre aproximadamente 220 VCA y aproximadamente 240 VCA. De esta manera, la varianza del voltaje de línea puede variar universalmente en cualquier parte entre aproximadamente 176 VCA y aproximadamente 264 VCA. En los Estados Unidos de América existen casos en donde se encuentran otros voltajes de línea nominales; en un caso el voltaje de línea nominal es de 110 VCA, el cual varia entre 102 VCA y 132 VCA y en otro caso el voltaje de línea nominal es de 24 VCA, el cual varia entre 20 VCA y 26 VCA. El microcontrolador 30 evalúa el voltaje de línea medido o determinado para determinar el periodo de tiempo durante el cual el voltaje de "línea completa" será aplicado o suministrado a los encendedores de superficie caliente 20, etapa 222. Este periodo de tiempo está referido más adelante como el periodo de tiempo "completo". Más particularmente, el procesador 32 compara el voltaje de línea determinado con una tabla de consulta para determinar el periodo de tiempo "completo" apropiado para el voltaje de línea determinado. En una modalidad más específica, la tabla de consulta está almacenada en la memoria permanente 36. En una modalidad ejemplificada, este proceso de determinar el periodo de tiempo "completo" se completa dentro de aproximadamente un segundo después de que se recibe la señal para energizar el encendedor por el microcontrolador 30. En consecuencia, el procesador 32 ajusta el periodo de tiempo "completo" cada vez que el microcontrolador 30 recibe una señal de entrada para energizar los encendedores de superficie caliente 20 con base en el voltaje de línea que es medido cada vez. En otras palabras, el tiempo de voltaje "completo" será aplicado o suministrado a los encendedores de superficie caliente 20 que variará dependiendo del voltaje de línea que es medido cada vez que el encendedor se energiza. Por ejemplo, si el voltaje medido está en el extremo más inferior de una escala de voltaje dada, entonces el periodo de tiempo "completo" sería ajustado para compensarlo aplicando el voltaje completo durante un largo periodo de tiempo. De manera similar, si el voltaje medido está en el extremo más alto de una escala de voltaje dada, entonces el periodo de tiempo "completo" sería ajustado para compensarlo aplicando el voltaje "completo" para disminuir relativamente el tiempo que para el voltaje de línea de extremo inferior. Después de determinar el periodo de tiempo "completo" el procesador 32 determina continuamente si este tiempo ha expirado, etapa 208. Si se determina que el periodo de tiempo no ha expirado (NO, etapa 208), entonces el microcontrolador 30, más particularmente el procesador 32, controla el conmutador electrónico o el tiristor 12 de manera que el voltaje "completo" continua para ser aplicado o suministrado al encendedor de superficie caliente 20, etapa 206. Si se determina que el periodo de tiempo ha expirado (SI, etapa 224), entonces el procesador 32 controla el conmutador electrónico o tiristor 12 para regular el voltaje que será aplicado al conmutador electrónico o tiristor, etapa 210. Después de que el tiempo de voltaje "completo" ha expirado (SI, etapa 208), el microprocesador 32 controla el conmutador electrónico o tiristor 12 para regular el voltaje que será aplicado o suministrado al encendedor de superficie caliente 20 para mantener el voltaje a aproximadamente el voltaje de operación nominal para el encendedor. En una modalidad ejemplificada, el microprocesador 32 controla el conmutador electrónico o tiristor 12 para regular el voltaje que será aplicado por medio de un ciclo de trabajo del voltaje de línea de CA en aumentos de ciclo de media onda. Más particularmente, el microprocesador 32 utiliza la señales de salida de los circuitos cruzados en el punto cero 14 para controlar la operación del conmutador electrónico o tiristor 12 en estos aumentos de ciclo de media onda. En modalidades más específicas, el método de regulación que el microprocesador 32 pone en práctica regula el voltaje que será aplicado mediante el ciclo de trabajo del voltaje de línea de CA en aumentos de ciclo de media onda con un periodo de aproximadamente 50 ciclos de media onda que son divididos adicionalmente en subperiodos de aproximadamente 5 ciclos de media onda cada uno para minimizar el arqueo. El siguiente ejemplo ilustra la aplicación de este método de regulación en el caso en donde se aplica un voltaje nominal de 150 VCA al encendedor de superficie caliente 20. Si se determina que el microprocesador 32 está fuera de 50 ciclos de media onda que son necesarios para regular el voltaje que será aplicado para mantener un voltaje nominal de 150 VCA, entonces los ciclos de media onda serán distribuidos en los subperiodos como sigue: ocho de los 10 subperiodos en el ciclo de trabajo deberían tener tres ciclos de media onda (8x3=24) y los dos subperiodos restantes tendrían cuatro ciclos de media onda (2x4=8). Asumiendo que los dos subperiodos con cuatro ciclos de media onda son el primero y segundo subperiodos (SP-1 y SP-2, respectivamente), el microprocesador 16 regula el voltaje de salida al encendedor de superficie caliente 20 encendiendo el conmutador electrónico o tiristor 12 durante cuatro ciclos de media onda y apagándolo para un ciclo de media onda durante el primer subperiodo (SP-1 ); encendiendo otro de cuatro ciclos de media onda (SP-2); apagándolo para un ciclo media onda; encendiéndolo para tres ciclos de media onda (SP-3); y así el cuatro para el 10 subperiodo (SP-10). En las modalidades más particulares, la memoria permanente 36 incluye adicionalmente una segunda tabla de consulta que asocia el voltaje de línea de la fuente de energía con el número de ciclos de media onda necesarios para regular el voltaje que será aplicado al encendedor de superficie caliente 20 de manera que el voltaje que es aplicado se mantiene en o aproximadamente el voltaje de operación nominal para el encendedor. Aquellos expertos en la técnica pueden apreciar que el periodo del ciclo de media onda, los números de subperiodos, y o el número de ciclos de media onda por subperiodo se pueden modificar a partir de lo descrito en la presente y tal modificación se encuentra dentro del alcance y espíritu de la presente invención. En modalidades adicionales, el microcontrolador 30 evalúa el voltaje de línea medido ó determinado y hace ajustes periódicamente para el cíelo de trabajo de manera que se mantiene el voltaje que será aplicado al encendedor de superficie caliente 20 de manera que el encendedor de superficie caliente mantiene una temperatura completamente consistente. Más particularmente, el microprocesador 32 compara el voltaje de línea medido o determinado nuevamente con la segunda tabla de consulta y determina el número de ciclos de media onda necesarios para regular el voltaje que es aplicado al encendedor de superficie caliente 20 de manera que el voltaje que es aplicado se mantiene en o aproximadamente el voltaje de operación nominal para el encendedor. El microprocesador 32 determina continuamente si el ciclo de energización del encendedor de superficie caliente 20 está completo o hecho, etapa 212. Típicamente, el microprocesador 32 recibe una señal de entrada desde un sensor externo o conmutador que indica que el proceso de calentamiento debería ser terminado o que se ha establecido un proceso de combustión estable dentro de un dispositivo de calentamiento tal que ya no se requiere una fuente de ignición. Si se determina que el ciclo de energización está completo (SI, etapa 212), entonces el microprocesador 32 provee las salidas apropiadas que interrumpen el flujo de corriente a través del conmutador electrónico o tiristor 12 y determina a un sistema de control y a la condición inactiva (etapa 202). Si se determina que el ciclo de energización no está completo (NO, etapa 212), entonces el microprocesador 32 continua para regular el voltaje que es aplicado al encendedor de superficie caliente (etapa 210). El sistema de control de encendedor 10 de conformidad con la presente invención proporciona un sistema de control que permite a un encendedor de superficie caliente 20 ser calentado más rápidamente y de esta manera acortar el tiempo de ignición para el dispositivo o aparato de calentamiento. Este sistema de control después de que ha expirado un periodo de tiempo predeterminado, también reduce y regula el voltaje que es aplicado subsecuentemente de manera que el encendedor de superficie caliente mantiene una temperatura de operación completamente consistente y de manera que no se corte excesivamente la vida operacional del encendedor de superficie caliente. En modalidades adicionales, la metodología para regular el voltaje también proporciona un método que provee por lo memos una cantidad de emisiones eléctricas, de tal manera que un filtro de línea no se pueda proveer, con lo cual se reducen los requerimientos de hardware así como también los costos asociados para su producción. Haciendo ahora referencia a la Figura 3, se muestra una vista: esquemática simplificada de un dispositivo de calentamiento 100, que comprende uno de un artefacto o un aparato de calentamiento, que tiene por lo menos un encendedor de superficie caliente 20 y un sistema de control de encendedor 10 de acuerdo con la metodología y dispositivos de la presente invención. El dispositivo de calentamiento 100 que es ilustrado se describe más adelante para ser usado con un hidrocarburo gaseoso (tal como gas natural, propano) como el material que será quemado en el mismo para producir la energía calorífica. Esto no deberá ser considerado como una limitación de los materiales usados para combustión que no están limitados a hidrocarburos gaseosos pero que también incluyen hidrocarburos combustibles líquidos y otros gases (por ejemplo, hidrógenos) y líquidos que se queman continuamente una vez que se encienden.

Un dispositivo de calentamiento tal, incluye un dispositivo encendedor 20, un tubo de combustión 104, circuitos de control de dispositivo 106, una válvula de admisión de combustible 108 y un sistema de control de encendedor 10. Los circuitos de control de dispositivo 106 están interconectados eléctricamente a la válvula de admisión de combustible 108 y al sistema de control de encendedor de manera que cada uno se pueda operar selectivamente para producir energía calorífica como se describe más adelante. La válvula de admisión de combustible 108 está interconectada de manera fluida usando entubación o tubería a una fuente 2 de un material combustible como el combustible para el dispositivo de calentamiento 100. En' la modalidad ¡lustrada, la entubación o tubería está interconectada a una fuente de un hidrocarburo gaseoso tal como gas natural o propano. La fuente de combustible puede ser una de un tanque externo o un sistema de entubación de gas natural subterráneo como es conocido para aquellos-expertos en la técnica. Los circuitos de control 106 están interconectados eléctricamente a un dispositivo conmutador extemo 190 que proveen las señales apropiadas a los circuitos de control para la operación apropiada del dispositivo de calentamiento 100. Por ejemplo, si el dispositivo de calentamiento 100 es un hornillo para calentar una estructura de construcción o un calentador de agua, entonces el dispositivo conmutador externo 190 es un termostato como es conocido para aquellos expertos en la técnica, que detecta una temperatura volumétrica dentro de la estructura de construcción o el agua caliente en el tanque. Con base en las temperaturas detectadas el termostato genera señales para el circuito de control 106 para encender y apagar el hornillo o agua que se calienta. Si el dispositivo de calentamiento 100 es un artefacto de calentamiento tal como una estufa, entonces el dispositivo conmutador externo 190 es típicamente un tipo de conmutador mecánico y/o electrónico. El conmutador genera señales al dispositivo de control mediante las cuales un usuario puede prender y apagar el dispositivo de calentamiento 100 (por ejemplo, quemador de estufa, homo) y también regulan o ajustan la cantidad de energía calorífica que será producida por el dispositivo de calentamiento. Durante el uso, los circuitos de control 106 reciben una señal del dispositivo conmutador externo 190 que llama al dispositivo de calentamiento 100 (por ejemplo, un quemador de estufa, horno, calentador de agua, hornillo, etc.) que será prendido. En respuesta a tal señal, los circuitos de control 106 proveen una señal al sistema de control de encendedor 0 para energizar el: encendedor de superficie caliente 20, y con lo cual se provoca que la electricidad fluya a través del elemento calentador del encendedor 20 para calentar el elemento calentador a las temperaturas deseadas para provocar que una mezcla de aire combustible se encienda. Estos procesos para energizar y calentar el encendedor son como se describieron anteriormente con respecto a la figura 2. Después de que el elemento calentador del encendedor se calienta a la temperatura deseada, los circuitos de control 106 accionan la válvula de admisión de combustible 108 de manera que el combustible fluye a través del tubo de combustión 104 al elemento calentador del encendedor. Como se conoce en la técnica, el aire se mezcla con el combustible que está presente en el elemento calentador del encendedor de manera que una mezcla de combustible se crea y enciende mediante el elemento calentador del encendedor. Esta mezcla de aire/combustible se pasa al área de combustión 1 14 de manera que la energía calorífica utilizable se puede extraer y usar para el propósito propuesto del dispositivo de calentamiento (por ejemplo, calentar alimentos o comida). Aunque un tubo de combustión sencillo 104 se ilustra, y como es conocido para aquellos expertos en la técnica, el dispositivo de calentamiento 100 se puede configurar con una pluralidad o una multiplicidad o más de un tubo de combustión para generar una salida de calor deseada y con una o más válvulas de admisión de combustible 108. Típicamente, sin embargo, uno de la pluralidad o multiplicidad o más de un tubo de combustión está arreglado con el encendedor de superficie caliente 20. Un sensor 1 12 está colocado típicamente próximo al encendedor de superficie caliente para usarse en la determinación de la presencia de combustión continua de la mezcla de aire/combustible. En una modalidad, el sensor 1 12 es un sensor de tipo termopila que detecta la temperatura del área en la cual se está quemando la mezcla de aire/combustible. En otra modalidad, el sensor 1 12 está configurado y arreglado para abarcar el método o técnica de rectificación de flama. El sensor 1 12 está interconectado a los circuitos de control 106 de manera que si el sensor no genera, por ejemplo, una señal para los circuitos de control que indica la ignición segura y continua de la mezcla de aire/combustible dentro de un periodo de tiempo preestablecido, los circuitos de control desconectan la válvula de admisión de combustible 108. Como es conocido para aquellos expertos en la técnica, en ciertas aplicaciones los circuitos de control 106 también se pueden ser configurados y arreglados para repetir este intento para encender la mezcla de aire/combustible para iniciar el proceso de calentamiento para el dispositivo de calentamiento 100 o artefacto una o más veces. Típicamente, la energía eléctrica del encendedor de superficie caliente 20 también se termina en tales casos. Cuando se completa la función de calentamiento, los circuitos de control 106 reciben otra vez una señal del dispositivo conmutador externo 190 que llama al dispositivo de calentamiento para ser apagado. En respuesta a tal señal los circuitos de control 106 cierran la válvula de admisión de combustible 108 para interrumpir el flujo de combustible, con lo cual se detiene el proceso de combustión. Adicionalmente, y como se indicó anteriormente, el sistema de control de encendedor sería colocado en la condición en espera o inactiva (etapa 202, Figura 2) por lo menos se completa una función de calentamiento. Aunque se han descrito un número de modalidades de la presente invención, llegará a ser obvio para aquellos expertos con conocimientos medios en la técnica que otras modalidades y/o modificaciones, combinaciones y substituciones de la presente invención son posibles, todas ellas estando dentro del alcance y espíritu de la invención descrita.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES

1 .- Un sistema de control para controlar la energización de uno o más encendedores de resistencia eléctrica de una fuente de poder eléctrica, el sistema de control está caracterizado porque comprende: un conmutador conectado de manera operable entre la fuente de poder eléctrica y dicho uno o más encendedores de resistencia eléctrica; un dispositivo de control acoplado de manera operable al conmutador; en donde el dispositivo de control está configurado y arreglado para controlar selectivamente el conmutador y con lo cual la aplicación de un voltaje a uno o más encendedores de resistencia eléctrica; y en donde el dispositivo de control está configurado y arreglado de tal manera que el voltaje que es aplicado inicialmente es un primer voltaje, así el primer voltaje se aplica durante un periodo de tiempo completo y subsecuentemente el voltaje promedio que es aplicado es un segundo voltaje.

2. - El sistema de control de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el primer voltaje es un voltaje de línea completa de la fuente de poder y en donde el segundo voltaje es un voltaje de operación nominal de dicho uno o más encendedores de resistencia eléctrica.

3. - El sistema de control de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente un dispositivo de medición de voltaje, el dispositivo de medición de voltaje está acoplado de manera operable a la fuente de poder eléctrica para medir un voltaje de salida de la fuente de poder y está acoplado de manera operable al dispositivo de control para proveer una salida del voltaje de salida medido al dispositivo de control; y en donde el dispositivo de control está configurado y arreglado para determinar el periodo de tiempo completo con base en el voltaje de salida medido.

4. - El sistema de control de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el dispositivo de control está configurado y arreglado para proveer un voltaje completamente constante como el segundo voltaje.

5. - El sistema de control de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque el dispositivo de control está configurado y arreglado para regular el segundo voltaje para proveer un voltaje completamente constante con base en el voltaje de salida medido.

6. - El sistema de control de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque comprende adicionalmente un dispositivo de almacenamiento en el cual se almacena una multiplicidad de valores de periodo de tiempo y voltajes de salida relacionados; y en donde el dispositivo de control está configurado y arreglado para seleccionar uno de la multiplicidad almacenada de valores de periodo de tiempo como el periodo de tiempo completo con base en el voltaje de salida medido.

7.- El sistema de control de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque el dispositivo de control está configurado y arreglado para operar selectivamente el conmutador para regular el segundo voltaje.

8.- El sistema de control de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el conmutador es un conmutador electrónico.

9. - El sistema de control de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque el dispositivo de control está configurado y arreglado para operar selectivamente al conmutador electrónico para regular el segundo voltaje por medio de un ciclo de trabajo del voltaje de salida de la fuente de poder en aumentos de ciclo de media onda.

10. - El sistema de control de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el dispositivo de control incluye un microprocesador y un programa de aplicaciones para ejecución en el microprocesador, el programa de aplicaciones incluye instrucciones y criterios para controlar la funcionalidad del dispositivo de control y el conmutador. 1 1. - Un sistema de control para controlar la energización de uno o más encendedores de resistencia eléctrica de una fuente de poder eléctrica, el sistema de control está caracterizado porque comprende: un conmutador conectado de manera operable entre la fuente de poder eléctrica y dicho uno o más encendedores de resistencia eléctrica; un microprocesador acoplado de manera operable al conmutador; un dispositivo de medición de voltaje, el dispositivo de medición de voltaje está acoplado de manera operable a la fuente de poder eléctrica para medir un voltaje de salida de la fuente de poder y está acoplado de manera operable al microprocesador para proveer una salida del voltaje de salida medido para el microprocesador; un programa para ejecución en el microprocesador, el programa incluye instrucciones y criterios para controlar las operaciones y funciones del microprocesador y la funcionalidad del conmutador; y en donde el programa incluye instrucciones y criterios para: controlar el conmutador y con lo cual la aplicación de un voltaje para dicho uno o más encendedores de resistencia eléctrica, controlar el conmutador de manera que el voltaje que es aplicado inicialmente es un primer voltaje y así el primer voltaje se aplica durante un periodo de tiempo completo, controlar el conmutador de manera que el voltaje promedio que es aplicado subsecuentemente es un segundo voltaje, y determinar el periodo de tiempo completo con base en el voltaje de salida medido. 12. - El sistema de control de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el primer voltaje es un voltaje de línea completa de la fuente de poder y el segundo voltaje es un voltaje de operación nominal de dicho uno o más encendedores de resistencia eléctrica. 13. - El sistema de control de conformidad con la reivindicación 1 1 , caracterizado además porque el programa incluye instrucciones y criterios para regular el segundo voltaje y así un voltaje completamente constante es aplicado a dicho uno o más encendedores de resistencia eléctrica. 14. - El sistema de control de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque el programa incluye instrucciones y criterios para regular el segundo voltaje de manera y así un voltaje completamente constante es aplicado a dicho o más encendedores de resistencia eléctrica con base en el voltaje de salida medido. 15. - El sistema de control de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque comprende adicionalmente un dispositivo de almacenamiento en el cual se almacena una multiplicidad de valores de periodo de tiempo y voltajes de salida relacionados; y en donde el programa incluye instrucciones y criterios para seleccionar uno de la multiplicidad almacenada de valores de periodo de tiempo como el periodo de tiempo completo con base en el voltaje de salida medido. 16. - El sistema de control de conformidad con la reivindicación 1 1 , caracterizado además porque el programa incluye instrucciones y criterios para operar selectivamente el conmutador para regular el segundo voltaje. 17. - El sistema de control de conformidad con la reivindicación 1 1 , caracterizado además porque el conmutador es un conmutador electrónico. 18. - El sistema de control de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado a demás porque el programa incluye instrucciones y criterios para operar selectivamente al conmutador electrónico para regular el segundo voltaje por medio de un ciclo de trabajo del voltaje de salida de la fuente de poder en aumentos de ciclos de media onda. 19. - Un sistema de control para controlar la energización de uno o más encendedores de resistencia eléctrica de una fuente de poder eléctrica, el sistema de control está caracterizado porque comprende: un conmutador electrónico conectado de manera operable entre la fuente de poder eléctrica y dicho uno o más encendedores de resistencia eléctrica; un microprocesador acoplado de manera operable al conmutador electrónico; un dispositivo de medición de voltaje, el dispositivo de medición de voltaje está acoplado de manera operable a la fuente de poder eléctrica para medir un voltaje de salida de la fuente de energía y que está acoplado de manera operable al microprocesador para proveer un salida del voltaje de salida medido para el microprocesador; un dispositivo de almacenamiento acoplado de manera operable al microprocesador y en el cual se almacena una multiplicidad de valores de periodo de tiempo y voltajes de salida relacionados; un programa de para ejecución en el microprocesador, el programa incluye instrucciones y criterios para controlar las operaciones y funciones del microprocesador y la funcionalidad del conmutador electrónico; y en donde el programa incluye instrucciones y criterios para: controlar el conmutador electrónico y con lo cual la aplicación de un voltaje a dicho uno o más encendedores de resistencia eléctrica, controlar el conmutador electrónico de manera que el voltaje que es aplicado inicialmente es un primer voltaje y así el primer voltaje se aplica durante un periodo de tiempo completo, en donde el primer voltaje es un voltaje de línea completa de la fuente de poder, controlar el conmutador electrónico de manera que el voltaje que es aplicado subsecuentemente es un segundo voltaje, el segundo voltaje es un voltaje de operación nominal de dicho uno o más encendedores de resistencia eléctrica, determinar el periodo de tiempo completo con base en el voltaje de salida medido, y en donde dicha determinación incluye seleccionar uno de la multiplicidad almacenada de valores de periodo de tiempo como el periodo de tiempo completo con base en el voltaje de salida medido. 20.- Un método para controlar la energización de un encendedor de resistencia eléctrica de una fuente de poder, el método de control está caracterizado porque comprende las etapas de: aplicar un voltaje de línea desde la fuente de energía al encendedor de resistencia eléctrica durante un periodo de tiempo completo; y subsecuentemente aplicar un segundo voltaje al encendedor de resistencia eléctrica. 21.- El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque comprende adicionalmente las etapas de: medir el voltaje de salida de la fuente de energía; y determinar un periodo de tiempo completo con base en el voltaje de salida medido. 22.- El método de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado además porque dicha etapa de medir se lleva acabo cuando el voltaje de línea se aplica ¡nicialmente al encendedor de resistencia eléctrica. 23.- El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque comprende adicionalmente las etapas de: medir el voltaje de salida de la fuente de energía; determinar un periodo de tiempo completo con base en el voltaje de salida medido; y en donde dicha etapa de determinar incluye seleccionar uno de una multiplicidad de valores de periodo de tiempo como el periodo de tiempo completo con base en el voltaje de salida medido. 24. - El método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado además porque dicha etapa de medir se lleva a cabo cuando el voltaje de línea se aplica inicialmente al encendedor de resistencia eléctrica. 25. - El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque dicha etapa de aplicar un segundo voltaje incluye regular un voltaje substancialmente constante al encendedor de resistencia eléctrica. 26.- El método de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado además porque dicha regulación incluye regular el voltaje substancialmente constante con base en el voltaje de salida medido de la fuente de energía. 27. - El método de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado además porque dicha regulación incluye el ciclo de trabajo de un voltaje de línea de CA de la fuente de energía en aumentos de ciclo de media onda. 28. - El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque comprende adicionalmente las etapas de: acoplar de manera operable un conmutador entre la fuente de energía y el encendedor de resistencia eléctrica de manera que el conmutador controla selectivamente el voltaje que es aplicado al encendedor de resistencia eléctrica; y en donde dicha aplicación de un segundo voltaje incluye controlar selectivamente el conmutador de manera que se aplique un voltaje substancialmente constante al encendedor de resistencia eléctrica.