<Desc/Clms Page number 1>
UITVINDINGSOCTROOI Aanvrager : FABER B. V. voor : Elektronische ionisatiesensor voor het automatisch regelen van de luchtbehoefte bij gasverwarmingsapparaten Voorrang : Octrooiaanvrage ingediend in Nederland op 24 december
1982 onder nummer 8204991 Uitvinder : Richard Hinrich STOFFELS
<Desc/Clms Page number 2>
Korte aanduiding : Elektronische ionisatiesensor voor het automatisch regelen van de luchtbehoefte bij gasverwarmings- apparaten.
De uitvinding heeft betrekking op een hulpinrichting te gebruiken bij een via gasbranders gestookte verwarmingsinstallatie in het bijzonder met modulerende hoofdvlam, waarbij in de waakvlam een sensor geplaatst is, die een signaal afgeeft aan een orgaan, dat bediend moet worden teneinde de toevoer van een der componenten van het lucht-gasmengsel naar de gasbranders te beinvloeden. Een dergelijke inrichting is bekend uit het Franse octrooischrift 2.169. 451. Deze is vooral bestemd voor CV-verwarmingsinstallaties.
Bij gasverwarmingsapparaten voor kamerverwarming streeft men naar een zo goed mogelijk rendement. Teveel lucht betekent dat de overmaat lucht met de verbrandingsgassen via de schoorsteen ontwijkt en warmte meevoert, die aldus onttrokken wordt aan de verwarming van de kamer. Te weinig lucht maakt dat een deel van het gas niet verbrandt en de daarin latent opgesloten warmte niet tot haar recht komt en ook dat is een verlies. De luchttoevoer moet dus ten opzichte van de aangevoerde gashoeveelheid op de juiste wijze zijn ingesteld.
Daarbij moet wel bedacht worden, dat wanneer een kachel goed warm is, zich in het afvoerkanaal van de rookgassen een thermische trek ontwikkelt, die de afvoer van de rookgassen bevordert. Daarom zal men in het omgekeerde geval, wanneer de kachel nog koud is en deze thermische trek ontbreekt, de trek op kun stT tige wijze meer moeten helpen bij een bepaalde vlamhoogte dan wanneer bij dezelfde vlanhcogte de kachel goed doorgewarmd is.
Eet stoken met gunstig rendement geeft bij venvarmings- apparaten met niet-modulerende vlam, d. w. z. die slechts twee instellingen kennen :"aan"en"uit"in vergelijking met apparaten, waarbij de vlam wel gemoduleerd wordt, relatief weinig problemen. Bij apparaten met modulerende vlam daarentegen zijn de problemen om het gestelde doel te bereiken, duidelijk groter. Terwijl bij hoge stand van de gasvlam nog wel op een redelijk rendement ingesteld kan worden, gaat deze relatief gunstige instelling vooral bij lagere stand van de modulerende gasvlam, geheel verloren. Dat betekent dus dat als men van hoge vlam naar lage vlam gaat, men de luchttoevoer moet verkleinen.
De luchttoevoer dient dus aangepast te worden aan de luchtbehoefte van de gasvlam, welke behoefte varieert met de grootte van de vlam. Om te kunnen vaststellen of de verbranding met redelijk rendement geschiedt, gaat men na of volledige verbranding heeft plaatsgehad. Dit is het geval, wanneer de brandbare bestanddelen van het gasmengsel niet
<Desc/Clms Page number 3>
verder geoxideerd kunnen worden, derhalve wanneer in de via de schoorsteen ontwijkende verbrandingsgassen (rookgassen) uitsluitend CO,SO etc. voorkomen en niet een of andere gereduceerde vorm daarvan. Deze ideale toestand is in de praktijk onbereikbaar en dus zal er praktisch altijd wel een zeker percentage van de rookgassen onvolledig verbrand zijn.
Omdat van alle onvolledig verbrande gasmengselcomponenten in rookgassen het CO het sterkst vertegenwoordigd is, is het CO-percentage bepalend voor de mate van volledige verbranding, maar men zou zich natuurlijk ook kunnen richten op een ander verbrandingsgas. Wanneer in het vervolg sprake is van CO, wordt niet specifiek dit rookgas bedoeld maar elk willekeurig rookgas in het algemeen. Ofschoon een nul-percentage normaal onbereikbaar is, heeft men anderzijds uit milieu-hygiënische overwegingen een grens gesteld aan het CO-percentage, dat maximaal toelaatbaar is.
In de praktijk streeft men er naar dit maximum toelaatbare percentage niet te overschrijden. Als men dus de luchttoevoer zodanig instelt, dat het CO-percentage in de rookgassen net binnen het maximaal toelaatbare blijft, is de instelling"optimaal". Het onder alle omstandigheden handhaven van de optimale instelling, vergt een voortdurend regelen van de luchtbehoefte. Immers bij hoge vlam is er meer lucht nodig dan bij lage vlam.
De toevoer van verse lucht resp. de afvoer van rookgassen naar buiten vindt plaats via-buizen, die via een opening in een wand (muur of dak) met de buitenatmosfeer in verbinding staan. Hiertoe maakt men gebruik van een in deze buizen aangebracht apparaat ter bevordering van de doorstroomsnelheid van de lucht en/of rookgassen, zoals een pompje or-ventilator. Afgezien van andere factoren is het toerental bepalend-voor de hoeveelheid ingelaten lucht, welke ventilator geplaatst is òf aan'-de-intreezijde van de verse lucht òf aan de uittreezijde van de verbrandingsgassen, òf aan beide. De juiste hoeveelheid lucht, t die nodig is voor volledige verbranding (optimale instelling) is- o. a. afhankelijk van de vlamhoogte in de hoofdbrander.
Daarom zal het toerental. van de ventilator zowel bij lage als bij hoge vlam geregeld moeten worden,
Het regelen van het toerental van de ventilator kan met de hand geschieden en wel gevoelsmatig of eventueel onder tussenschakeling van een normaal in de handel verkrijgbare CO-meter, die alleen maar het CO-percentage meet, waarna de gebruiker aan de hand hiervan de luchttoevoer en/of de rookgassen-afvoer regelt. Een dergelijke regeling
<Desc/Clms Page number 4>
met de hand teneinde steeds de modulerende vlam bij elke wijziging van de amplitude ervan te volgen, is in de praktijk ondoenlijk. Eenvoudiger en comfortabeler zou men dit automatisch moeten kunnen doen. Dan kan er ook rekening worden gehouden met andere factoren, die op de optimale ventilatorinstelling van invloed zijn.
Deze zijn, naast de modulatie van de vlam : de vlamhoogte ; de weerstand van de buizen, waardoor het gas stroomt ; de buislengte ; de buisdoorsnede ; atmosferische factoren (storm e. d. ). De hier bedoelde weerstand is groot, omdat men uit esthetische overwegingen de door de te verwarmen ruimte lopende buizen zo dun mogelijk wenst. Voor een dergelijke door de hier genoemde verschillende factoren gecompliceerde besturing van een verbranding met hoog rendement is handbediening onuitvoerbaar en is men automatisch aangewezen op sensoren, die in staat zijn aan te geven welke luchthoeveelheid bij een bepaalde vlamhoogte gewenst is.
Sensoren werden tot dusverre bij gasverwarmingsapparaten toegepast om de druk van het gas en/of het CO-gehalte te meten ; dit laatste ter voldoening aan de hiervoor geldende milieuveiligheidsvoorschriften. Het regelen van de luchtbehoefte om daarmede tot een zo hoog mogelijk rendement van de verwarming te komen, is een geheel nieuw terrein. De bestaande sensoren die voor het meten van de druk of het CO-gehalte in de verbrandingsgassen dienen, zijn niet voor het onderhavige
EMI4.1
(regelings-) doel geschikt bovendien vrij duur, terwijl hun levensduur beperkt is. in het algemeen een relatief korte enlevensduur-en zijn meestal ingericht om de daarmee uitgeruste verwarmingsinstallatie te doen stoppen.
De werking van de bij de onderhavige inrichting toegepaste CO-sensor-berust op het meten van de ionisatiegraad van de vlam : hoe hoger de vlam, hoe hoger de temperatuur van de vlam, des te sterker zijn de gasdedtjes geïoniseerd en des te vollediger de verbranding, waardoor een laag-CO-percentage in de verbrandingsgassen verwacht mag worden. De eigenlijke sensor bestaat uit een of meer elektroden die in het hart van de vlam s (zijn) opgesteld. De ionisatie wordt gemeten tussen het metalenbranderhuis en de elektrode. De op het meten van de ionisatie graad berustende sensor meet dus het CO t indirect. De ionisatie is afhankelijk van
1 de grootte van de vlam ;
20 de verbrandingsgraad van het lucht-gasmengsel, dus van de mate, waarin het gas volledig verbrand is.
Is de verbranding volledig, dan is het
<Desc/Clms Page number 5>
CO % minimaal en de ionisatie maximaal. Is de verbranding onvolledig dan is het CO % hoog en de ionisatie laag.
Op grond van het bovenstaande zal het duidelijk zijn, dat een modulerende vlam geen betrouwbare indicatie geeft van de ionisatie- graad. Vandaar dat men zijn toevlucht genomen heeft tot de waakvlam, die een constante vlamgrootte heeft. Ook een meetvlam, waaronder men verstaat elke andere vlam van konstante vorm, is bruikbaar. Gemakshalve. in meer algemene zin zal in de beschrijving gesproken worden van waakvlam, ook al wordt/ een meetvlam bedoeld. Daarmede wordt de bepaling van de ionisatiegraacl teruggebracht tot een bepaling van de verbrandingsgraad.
Aldus wordt de uitvinding gekenmerkt doordat het door de sensor opgewekte signaal geleid wordt naar een apparaat, waarmede de doorstroomsnelheid van de lucht en/of rookgassen door de inrichting wordt geregeld, zoals een ventilator, waarbij de door de sensor -uitgevoerde meting berust op een indirecte bepaling van het CO % in rook-of verbrandingsgassen. Deze maatregel is zowel gunstig voor gas- kachels met modulerende vlam als bij kachels met ingebouwde centrale verwarming, waarbij in het eerste geval de met de uitvinding verkregen .-voordelen-iets sprekender zijn.
Een extra voordeel van het onderhavige systeem is r dat automatische aanpassing plaatsvindt van het bij een bepaalde-ingestelde temperatuur behorende toerental van de ventilator aan (soor-een) gas met verschillende calorische verbrandingswaarde zodat in-die omstandigheden toch. weer naar een optimaal rendement gezocht wordt.
- Het enige nadeel van de waakvlam is dat een sensor geplaatst in de waakvlam, vaak later een verhoging in CO % aangeeft dan wanneer deze geplaatst zou zijn in de hoofdvlam ; een verschijnsel, dat zich nog sterker'manifesteert als de hoofdvlam moduleert bij kleine vlamhoogte. Dit betekent :. dat- de sensor bij plaatsing in de waakvlam een vrij lange respons-tijd heeft. Daarbij dient dan nog de responsietijd van de lucht- toevoer opgeteld te worden, die bepaald wordt door de tijdsduur, die verstrijkt tussen het moment dat een commando aan een ventilator wordt gegeven-eit-het-moment dat-daardoor een versnelde of vertraagde luchtstroom naar de branders op gang is gebracht.
Opdat de ventilator (en) in de ideale situatie werkzaam kan (kunnen) zijn, dienen zij voor elke vlam- hoogte van de hoofdbrander automatisch op het juiste toerental te worden ingesteld en wel met een zo kort mogelijke responsietijd. Als men zich echter in deze situaties zou laten leiden door de trage responsie van de waakvlam, zou het kunnen gebeuren dat het CO % in de rookgassen van de
<Desc/Clms Page number 6>
hoofdvlam de maximale toelaatbaarheidsgrens reeds overschreden heeft, terwijl dit door de sensor in de waakvlam (nog) niet wordt aangegeven.
Daarom moet men er voor zorgen, dat het moment, waarop het CO % in de verbrandingsgassen van de waakvlam de toelaatbaarheidsgrens bereikt of net niet overschrijdt,"vervroegd"wordt, dan is er met de van de hoofdvlam afkomstige rookgassen nog niets aan de hand en zal het CO in die. rookgassen ruim beneden de toelaatbaarheidsgrens blijven, zodat men niet in strijd is met de milieuvoorschriften. Men zit daar dan aan de absoluut veilige kant. Dus het feit dat zowel de responsie van de sensor als die van de via de door de sensor bediende ventilator op gang gebrachte luchttoevoer met een inherente vertragingstijd gepaard gaat,
EMI6.1
maakt het noodzakelijk de reactie van de waakvlam te vervroegen bereikt men door de genoemde"kritische"instelling van de waakvlam.
In verband met het bovenstaande is het. voordelig, dat de omstandigheden in en om de waakvlam zodanig gekozen zijn, dat de kritische instelling van het CO % automatisch vervroegd is.
Voor het verkrijgen van een zo goed mogelijk rendement van de verwarming kan men er dus mee volstaan het CO % in de rookgassen van de waakvlam te bewaken, d. w. z. dit gehalte kritisch in te stellen en te handhaven bij zich wijzigende omstandigheden. De sensor, waarmede het CO % in de rookgassen van de waakvlam indirect gemeten wordt, wordt geplaatst in de vlam en wekt een signaal op, dat geleid wordt naar de - ventilator om via een elektronische regelaar met dit signaal het toerental-van de ventilator te regelen.
Echter wordt zo'n waakvlam toch weer beïnvloed door de nabije, modulerende hoofdvlam, zodat ook de waakvlam enigszins mee gemoduleerd wordt. Een oplossing voor dit probleem is hierin gevonden, dat de waakvlam afgeschermd is van de hoofdvlam door middel van metaalgaas of geperforeerd metaal, dat-maakt dat de waakvlam een constante grootte blijft houden. Het ontsteken van de hoofdbrander wordt bewerkstelligd door één of meer openingen aan de onderzijde van het scherm. Dit berust dus op hetzelfde principe dat toegepast wordt in de mijnwerkerslamp van Davy. Uitgangspunt daarbij is dat een stabiele vlam gebruikt dient te worden, die niet wordt beïnvloed door de vlamhoogte van de modulerende naburige hoofdbrander.
Men kan deze eerdere, voortijdige waarschuwing met betrekking tot het CO % in de rookgassen verkrijgen doordat volgens de uitvinding de luchttoevoer naar de waakvlam geknepen is. Dit knijpen geschiedt
<Desc/Clms Page number 7>
zodanig dat het CO % in de afvoergassen van de waakvlam kritisch is.
Dit kan op diverse manieren gebeuren. Aangezien de luchttoevoer hoofdzakelijk (+ 70%) via injectie plaatsvindt, kan men de verhouding van het lucht-gasmengsel naar de waakvlam wijzigen. Daarom wordt de inrichtingvolgens de uitvinding gekenmerkt door middelen, die de luchtinjectieopeningen in de gastoevoerpijp naar de waakvlam verkleinen of afsluiten.
- In een andere uitvoeringsvorm wordt de inrichting gekenmerkt door middelen, die een deel van de afvoergassen van de waakvlam terugvoeren naar de gastoevoerpijp met luchtinjectieopeningen.
In een praktische uitvoeringsvorm wordt de inrichting volgens de uitvinding gekenmerkt door een gebogen pijp, die met het ene einde boven de waakvlam is opgesteld en met het andere einde aangesloten is op één of meer der luchtinjectieopeningen in de gastoevoerpijp van de waakvlam. Door de injectiewerking aan dit andere einde wordt via. het vrije einde van het gebogen pijpje een deel van het mengsel van verbrandingsgassen boven de waakvlam afgezogen, waardoor de waakvlam met aan lucht armer luchtmengsel gevoed wordt.
Uit het Franse octrooischrift is een sensor met schakelcircuit bekend, welke sensor, in de waakvlam geplaatst, dient om te constateren of de waakvlam aan of uit is. Is de waakvlam aan, dan wordt er in de sensor een signaal opgewekt, dat na versterking een elektro-magnetisch circuit bekrachtigt, waardoor een klep in de gasstroom geopend wordt.
Als de vlam uit is of uit gaat, valt onmiddellijk het in de sensor opgewekte-signaal uit en tevens de bekrachtiging van het circuit, waardoor de gasklep dichtklapt. Dit is een hoge mate van beveiliging, dat als de gasstroom extern door één of andere oorzaak uitvalt en dus de waakvlam dooft, nadat de gasstroom weer hersteld is, niet automatisch het gas-inde ruimte waar de ketel en branders zijn opgesteld,. kan uitstromen, maar dat automatisch de klep dichtgaat en gesloten blijft, , zodat men gedwongen wordt met de hand de klep open te duwen en de waakvlam te herstellen, waarna de klep wederom geopend blijft.
Een dergelijke beveiliging wordt meestal verkregen door een termo-koppel, een vrij traag instrument. Een soortgelijke beveiliging is uiteraard ook in de onderhavige installatie aanwezig, maar vormt zelf geen deel van de uitvinding.
Het instellen van de gewenste temperatuur geschiedt op conventionele wijze met een thermostaat via het gasblok, waardoor de modulerende vlam een zekere amplitude krijgt : de vlamhoogte. Hieraan wordt
EMI7.1
.. --.. . .--
<Desc/Clms Page number 8>
de luchtbehoefte van de verwarmingsinstallatie aangepast door meer of minder lucht toe te laten en/of de afvoer van de rook-of verbrandingsgassen te versnellen of te vertragen. Die eventuele behoefte wordt geconstateerd met de sensor in de waakvlam, die daarover het elektronische circuit"informeert", dat op zijn beurt de ventilator tot het juiste toerental stuurt,
De uitvinding zal hieronder aan de hand van de figuren der bijgaande tekening nader worden toegelicht.
Fig. 1 geeft schematisch een langsaanzicht van de inrichtingvolgens de uitvinding weer ; fig. 2 toont een bovenaanzicht, en fig. 3 een zijaanzicht van deze inrichting.
In figuren 1-3 is weergegeven een branderinstallatie van een gasverwarmingsinrichting met modulerende vlam voor verwarming in een kamer of andere ruimte. Men ziet hierin een hoofdbrander 1 met hoofdvlam 2 en voorts een waakvlam 3. Deze vlammen worden gevoed met een gasluchtmengsel. Het gas voor deze vlammen wordt aangevoerd via pijpen 4 resp. 6,. die met hun ene einde aangesloten zijn op een gasbrander 7 resp. 8, en met hun andere einde op een gasregelblok 10. Hierop is een gastoevoerbuis 11 aangesloten, alsmede eenmodulerende kamerthermostaat 12.
De pijp 4 leidt naar de hoofdgasbrander 7 en de pijp 6 naar de brander 8 van de waakvlam. -
De inrichting zoals tot dusverre beschreven is conventioneel bij gasverwarmingsinrichtingen. Om het door de uitvinding beoogde doel te bereiken, is de conventionele inrichting in een aantal opzichten gewijzigd-teneinde de ionisatiegraad van de waakvlam 3 te kunnen meten, die een indicatie is voor de mate, waarin het aan de waakvlam toegevoerde gas verbrandt. In de waakvlam 3 is een sensor 13 gemonteerd in de vorm van een haarspeldvormig-gebogen elektrode (fig. 3), hoewel deze vorm niet essentieel is.
Via een met vuurvaste kralen thermisch geïsoleerde draad 14 en leiding 16 is de elektrode 13 verbonden met een elektronisch . toerenregelorgaan 17, dat via een leiding 18 verbonden is met het gasregelblok 10.
De waakvlam 3 dient een konstante vlam te bezitten, maar door de aanwezigheid van de modulerende hoofdvlam 2, wordt de hoogte van de waakvlam beïnvloed. Om te vermijden dat de waakvlam 3 mee moduleert, wordt tussen de hoofdvlam 2 en de waakvlam 3 een metaalgaas of scherm 24 geplaatst. Het scherm is tevens geschikt om daaraan via keramische doorvoeren 25 de sendorof elektrode 13 te monteren. Dit kan uiteraard ook c : 2
<Desc/Clms Page number 9>
op een andere plaats gemonteerd worden
De taak van de in de waakvlam 3 geplaatste sensorelektrode 13 is om een elektronische toerenregeling mogelijk te maken.
Daartoe is het orgaan 17 voor elektronische toevoerregeling via een leiding 26 verbonden met een motor 27 voor het aandrijven van een ventilator 28, gemonteerdin een afvoerpijp 29 voor afgewerkte gassen, die door een wand 31 naar buiten ontwijken.
De aanvoer van de lucht voor de hoofdvlam en waakvlam geschiedt. door een luctpijp 32, die begint in de wand 31 en eindigt in de verbrandingsruimte van de kachel. De waakvlam 3 verkrijgt haar lucht uit de naaste omgeving door injectie, waartoe in de gaspijp 6 gaten 33 zijn aangebracht.
Het vervroegen van de kritische CO-indicatie geschiedt hier met behulp van een gebogen pijpje 34, dat met zijn ene einde 36 boven de waakvlam 3 is geplaatst en met zijn andere einde 37 boven één of meer openingen 33 in de gaspijp 6 is geplaatst. Door de injectiewerking bij de gaten 33 wordt een deel van de rookgassen van de waakvlam 3 opgevangen, en vervolgens geleid naar en in de gaspijp 6. Aldus bevat het gasmengsel minder lucht. Zodoende wordt op kunstmatige wijze het aan de waakvlam toegevoerder gasluchtmengsd gewijzigd en dus ook de ionisatiegraad in de waakvlam. Deze wijziging van de ionisatiegraad produceert een signaal dat via de-onderdelen 13-17 het toerental van de ventilator 28 regelt.
Wordt dus met behulp van de kamerthermostaat 12 een andere temperatuur ingesteld, dan behoort daarbij een andere verhouding van het lucht-gasmengsel.
<Desc / Clms Page number 1>
INVENTION PATENT Applicant: FABER B.V. For: Electronic ionization sensor for automatic control of the air requirement for gas heating devices. Priority: Patent application filed in the Netherlands on December 24
1982 under number 8204991 Inventor: Richard Hinrich STOFFELS
<Desc / Clms Page number 2>
Short designation: Electronic ionization sensor for automatically controlling the air requirement for gas heaters.
The invention relates to an auxiliary device to be used in a heating installation fired via gas burners, in particular with a modulating main flame, in which a sensor is placed in the pilot flame, which gives a signal to an element which must be operated in order to supply one of the components from the air-gas mixture to the gas burners. Such a device is known from French patent 2,169. 451. This is primarily intended for central heating heating systems.
With gas heating devices for room heating, the aim is to achieve the best possible efficiency. Too much air means that the excess air with the combustion gases escapes through the chimney and carries heat, which is thus extracted from the heating of the room. Too little air means that part of the gas does not burn and the latent heat trapped therein does not come into its own, which is also a loss. The air supply must therefore be set correctly in relation to the quantity of gas supplied.
It should be borne in mind, however, that when a stove is properly warm, a thermal draft develops in the flue gas discharge channel, which promotes the flue gas discharge. Conversely, when the stove is still cold and this thermal draft is lacking, the draft will have to be assisted more artificially at a given flame height than if the stove is well heated at the same flame height.
Burning with a favorable yield gives non-modulating flame furnaces, d. w. z. that have only two settings: "on" and "off" compared to appliances, in which the flame is modulated, relatively few problems. In modulating flame appliances, on the other hand, the problems of achieving the stated goal are clearly greater. While a reasonable efficiency can still be set at a high position of the gas flame, this relatively favorable setting is completely lost, especially at a lower position of the modulating gas flame. This means that if you go from high flame to low flame, you have to reduce the air supply.
The air supply must therefore be adapted to the air requirement of the gas flame, which need varies with the size of the flame. In order to determine whether the combustion takes place with a reasonable efficiency, it is checked whether complete combustion has taken place. This is the case if the flammable components of the gas mixture are not
<Desc / Clms Page number 3>
can be further oxidized, therefore when the combustion gases (flue gases) that escape through the chimney only contain CO, SO etc. and not some reduced form thereof. This ideal condition is inaccessible in practice and therefore there will practically always be a certain percentage of the flue gases that have been incompletely burned.
Because of all the incompletely burned gas mixture components in flue gases, the CO is most strongly represented, the CO percentage determines the degree of complete combustion, but one could of course also focus on another combustion gas. When reference is made in the future to CO, this flue gas is not specifically meant, but any flue gas in general. Although a zero percentage is normally unattainable, on the other hand, for environmental hygiene reasons, a limit has been set to the maximum CO2 percentage.
In practice, the aim is not to exceed this maximum permissible percentage. So if you set the air supply in such a way that the CO percentage in the flue gases remains just within the maximum permissible, the setting is "optimal". Maintaining the optimum setting under all conditions requires constant control of the air requirement. After all, at high flame more air is needed than at low flame.
The supply of fresh air resp. the discharge of flue gases to the outside takes place via pipes, which communicate with the outside atmosphere through an opening in a wall (wall or roof). To this end, use is made of an apparatus arranged in these tubes to promote the flow velocity of the air and / or flue gases, such as a pump or fan. Apart from other factors, the speed determines the amount of air that is let in, which fan is placed either on the inlet side of the fresh air, or on the outlet side of the combustion gases, or on both. The correct amount of air, t that is required for complete combustion (optimal setting) is - a. A. Depending on the flame height in the main burner.
Therefore, the speed will increase. of the fan must be controlled at both low and high flame,
The speed of the fan can be regulated manually, either emotionally or possibly in conjunction with a normally available CO meter, which only measures the CO percentage, after which the user can determine the air supply and / or controls the flue gas discharge. Such an arrangement
<Desc / Clms Page number 4>
manually in order to always follow the modulating flame with every change in its amplitude is practically impossible. One should be able to do this automatically and more simply and comfortably. Then other factors that influence the optimum fan setting can also be taken into account.
These are, in addition to the modulation of the flame: the flame height; the resistance of the pipes through which the gas flows; the tube length; the pipe section; atmospheric factors (storm etc.). The resistance referred to here is great, because for aesthetic reasons the pipes passing through the space to be heated are desired to be as thin as possible. For such a high-efficiency combustion control, which is complicated by the various factors mentioned here, manual operation is impracticable and one is automatically dependent on sensors which are capable of indicating which air quantity is desired at a given flame height.
Sensors have hitherto been used in gas heaters to measure the pressure of the gas and / or the CO content; the latter in order to comply with the applicable environmental safety regulations. Controlling the air requirement in order to achieve the highest possible heating efficiency is a completely new area. The existing sensors which serve to measure the pressure or the CO content in the combustion gases are not for the present
EMI4.1
(control) purpose is moreover quite expensive, while their lifespan is limited. generally a relatively short and life span are usually arranged to stop the heating installation equipped therewith.
The effect of the CO sensor used in the present device is based on measuring the degree of ionization of the flame: the higher the flame, the higher the temperature of the flame, the stronger the gas particles are ionized and the more complete the combustion. , so that a low CO percentage in the combustion gases can be expected. The actual sensor consists of one or more electrodes placed in the heart of the flame. The ionization is measured between the metal burner housing and the electrode. The sensor based on measuring the degree of ionization therefore measures the COt indirectly. The ionization depends on
1 the size of the flame;
20 the degree of combustion of the air-gas mixture, i.e. the degree to which the gas has been completely burned.
Is the combustion complete, then it is
<Desc / Clms Page number 5>
CO% minimum and ionization maximum. If the combustion is incomplete, the CO% is high and the ionization low.
Based on the above, it will be apparent that a modulating flame does not provide a reliable indication of the degree of ionization. Hence one has resorted to the pilot flame, which has a constant flame size. A measuring flame, which is understood to mean any other flame of constant shape, can also be used. For convenience. in a more general sense, the description will refer to pilot flame, even if / is a measuring flame. The determination of the ionization scale is thus reduced to a determination of the degree of combustion.
The invention is thus characterized in that the signal generated by the sensor is guided to an apparatus with which the flow rate of the air and / or flue gases through the device is controlled, such as a fan, the measurement carried out by the sensor being based on an indirect determination of the CO% in flue or combustion gases. This measure is beneficial both for modulating flame gas stoves and for stoves with built-in central heating, the advantages of the invention being slightly more pronounced in the first case.
An additional advantage of the present system is that automatic adjustment takes place of the speed of the fan associated with a certain set temperature to (type of) gas with different calorific calorific value, so that in those circumstances. again an optimal return is sought.
- The only drawback of the pilot is that a sensor placed in the pilot often indicates an increase in CO% later than if it were placed in the main flame; a phenomenon that manifests itself even more strongly when the main flame modulates at low flame height. This means :. that the sensor has a fairly long response time when placed in the pilot flame. Add to this the response time of the air supply, which is determined by the time that elapses between the moment that a command is given to a fan - the moment that this causes an accelerated or delayed air flow to the burners have been started.
In order for the fan (s) to be able to operate in the ideal situation, they should be automatically set to the correct speed for each flame height of the main burner, with the shortest possible response time. However, if one were to be guided in these situations by the slow response of the pilot light, it could happen that the CO% in the flue gases of the
<Desc / Clms Page number 6>
main flame has already exceeded the maximum permissible limit, while this is not (yet) indicated by the sensor in the pilot flame.
Therefore, it must be ensured that the moment at which the CO% in the combustion gases of the pilot flame reaches or just does not exceed the permissible limit is "brought forward", then there is still nothing to worry about with the flue gases from the main flame and will the CO in that. flue gases remain well below the permissible limit, so that one does not violate environmental regulations. They are then on the absolutely safe side. Thus the fact that both the response of the sensor and that of the air supply initiated via the fan operated by the sensor is associated with an inherent delay time,
EMI6.1
it becomes necessary to advance the reaction of the pilot flame is achieved by the said "critical" setting of the pilot flame.
In connection with the above, it is. advantageous that the conditions in and around the pilot flame are chosen such that the critical setting of the CO% is automatically brought forward.
To obtain the best possible heating efficiency, it is therefore sufficient to monitor the CO% in the flue gases of the pilot, d. w. z. to critically set and maintain this level under changing circumstances. The sensor, with which the CO% in the flue gases of the pilot flame is indirectly measured, is placed in the flame and generates a signal, which is fed to the fan to control the speed of the fan via an electronic controller with this signal. arrange for.
However, such a pilot flame is still influenced by the near, modulating main flame, so that the pilot flame is also modulated somewhat. A solution to this problem has been found in that the pilot flame is shielded from the main flame by metal mesh or perforated metal, which keeps the pilot flame at a constant size. Ignition of the main burner is accomplished through one or more openings on the bottom of the screen. This is therefore based on the same principle that is used in Davy's miner's lamp. The starting point is that a stable flame should be used, which is not influenced by the flame height of the modulating neighboring main burner.
This earlier, premature warning with regard to the CO% in the flue gases can be obtained because, according to the invention, the air supply to the pilot flame is pinched. This squeezing takes place
<Desc / Clms Page number 7>
such that the CO% in the flue gases of the pilot flame is critical.
This can be done in various ways. Since the air supply is mainly (+ 70%) by injection, the ratio of the air-gas mixture to the pilot can be changed. Therefore, the device according to the invention is characterized by means which reduce or close the air injection openings in the gas supply pipe to the pilot flame.
In another embodiment, the device is characterized by means which return part of the pilot gas exhaust gases to the gas supply pipe with air injection openings.
In a practical embodiment, the device according to the invention is characterized by a bent pipe, which is arranged with one end above the pilot flame and the other end connected to one or more of the air injection openings in the gas supply pipe of the pilot flame. Due to the injection action at this other end, via. the free end of the bent pipe extracts part of the mixture of combustion gases above the pilot flame, so that the pilot flame is fed with air-leaner air mixture.
The French patent discloses a sensor with a switching circuit, which sensor, placed in the pilot flame, serves to determine whether the pilot flame is on or off. When the pilot light is on, a signal is generated in the sensor, which energizes an electromagnetic circuit after amplification, which opens a valve in the gas flow.
When the flame is off or goes out, the signal generated in the sensor immediately goes out and the circuit is energized, causing the throttle to close. This is a high degree of protection, that if the gas flow shuts down externally for some reason and thus the pilot goes out, after the gas flow is restored, the gas-in room where the boiler and burners are located will not automatically. but that the valve automatically closes and remains closed, so that it is forced to push the valve open by hand and restore the pilot flame, after which the valve remains open again.
Such protection is usually achieved by a termo torque, which is a rather slow instrument. A similar protection is of course also present in the present installation, but is not itself part of the invention.
The desired temperature is set in a conventional manner with a thermostat via the gas block, so that the modulating flame acquires a certain amplitude: the flame height. This is addressed
EMI7.1
.. - ... .--
<Desc / Clms Page number 8>
adjusted the air requirement of the heating installation by allowing more or less air and / or accelerating or slowing down the discharge of the flue or combustion gases. This possible need is detected by the sensor in the pilot, which "informs" the electronic circuit, which in turn controls the fan to the correct speed,
The invention will be explained in more detail below with reference to the figures of the accompanying drawing.
Fig. 1 schematically shows a longitudinal view of the device according to the invention; Fig. 2 shows a top view, and Fig. 3 is a side view of this device.
Figures 1-3 show a burner installation of a modulating flame gas heating device for heating in a room or other room. This shows a main burner 1 with main flame 2 and further a pilot flame 3. These flames are fed with a gas-air mixture. The gas for these flames is supplied via pipes 4 resp. 6 ,. which are connected with one end to a gas burner 7 resp. 8, and with their other end on a gas control block 10. A gas supply pipe 11 and a modulating room thermostat 12 are connected to this.
The pipe 4 leads to the main gas burner 7 and the pipe 6 to the burner 8 of the pilot flame. -
The device as hitherto described is conventional with gas heaters. In order to achieve the object contemplated by the invention, the conventional device has been modified in a number of respects in order to measure the degree of ionization of the pilot flame 3, which is an indication of the degree to which the gas supplied to the pilot flame burns. A sensor 13 is mounted in the pilot flame 3 in the form of a hairpin-bent electrode (Fig. 3), although this shape is not essential.
Electrode 13 is connected to an electronic via a thermally insulated wire 14 and conduit 16 with refractory beads. speed controller 17, which is connected via a line 18 to the gas control block 10.
The pilot flame 3 should have a constant flame, but the height of the pilot flame is influenced by the presence of the modulating main flame 2. In order to prevent the pilot flame 3 from modulating, a metal mesh or screen 24 is placed between the main flame 2 and the pilot flame 3. The screen is also suitable for mounting the sendor or electrode 13 via ceramic bushings. This can of course also be c: 2
<Desc / Clms Page number 9>
be mounted in a different place
The task of the sensor electrode 13 placed in the pilot flame 3 is to enable electronic speed control.
For this purpose, the electronic supply control means 17 is connected via a conduit 26 to a motor 27 for driving a fan 28, mounted in a waste gas exhaust pipe 29 which escapes through a wall 31.
The air is supplied for the main flame and the pilot flame. through a lead pipe 32, which starts in the wall 31 and ends in the combustion space of the stove. The pilot flame 3 obtains its air from the immediate vicinity by injection, for which purpose holes 33 are arranged in the gas pipe 6.
Advancing the critical CO indication here is effected by means of a curved pipe 34, which is placed with one end 36 above the pilot flame 3 and with its other end 37 placed above one or more openings 33 in the gas pipe 6. Due to the injection action at the holes 33, a part of the flue gases from the pilot flame 3 is collected, and then passed to and in the gas pipe 6. Thus the gas mixture contains less air. In this way, the gas-air mixture supplied to the pilot flame is artificially modified, and thus also the degree of ionization in the pilot flame. This change in ionization degree produces a signal that controls fan 28 speed through parts 13-17.
If, therefore, a different temperature is set with the aid of the room thermostat 12, this means a different ratio of the air-gas mixture.