EP1285200A1 - Regeleinrichtung für gasbrenner - Google Patents

Regeleinrichtung für gasbrenner

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EP1285200A1
EP1285200A1 EP01953944A EP01953944A EP1285200A1 EP 1285200 A1 EP1285200 A1 EP 1285200A1 EP 01953944 A EP01953944 A EP 01953944A EP 01953944 A EP01953944 A EP 01953944A EP 1285200 A1 EP1285200 A1 EP 1285200A1
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EP
European Patent Office
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valve
servo
control device
frequency
servo valve
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01953944A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wim Munsterhuis
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honeywell BV
Original Assignee
Honeywell BV
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Filing date
Publication date
Application filed by Honeywell BV filed Critical Honeywell BV
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00—Regulating fuel supply
    • F23N1/005—Regulating fuel supply using electrical or electromechanical means
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D16/00—Control of fluid pressure
    • G05D16/20—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means
    • G05D16/2093—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with combination of electric and non-electric auxiliary power
    • G05D16/2095—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with combination of electric and non-electric auxiliary power using membranes within the main valve
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2235/00—Valves, nozzles or pumps
    • F23N2235/12—Fuel valves
    • F23N2235/14—Fuel valves electromagnetically operated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2235/00—Valves, nozzles or pumps
    • F23N2235/12—Fuel valves
    • F23N2235/20—Membrane valves

Definitions

  • the invention relates to a control device for gas burners according to the preamble of claim 1.
  • Control devices for gas burners are well known from the prior art.
  • Known control devices for gas burners have a main valve, a servo valve and a servo controller, the servo controller being used according to the state of the art for setting the setpoint and regulating a gas outlet pressure.
  • modulation takes place in that a modulation coil acts on the servo controller, which is supplied with a variable current and changes the settings made on the servo controller.
  • the present invention is based on the problem of creating a novel control device for gas burners.
  • Figure 1 is a schematic diagram of a control device according to the invention in the closed position in cross section.
  • Fig. 2 is a schematic diagram of the control device according to the invention of Figure 1 in the open position also in cross section.
  • FIG. 4 shows another example of pulse width modulation.
  • Figure 1 shows a control device 10 according to the invention in the closed position.
  • a gas flow that flows into the control device in the area of an inlet 12 and leaves it in the area of an outlet 13 is regulated via a main valve 11.
  • the main valve 11 is formed by a valve body 14 which rests on a valve seat 15 in the closed position.
  • the valve body 14 is connected to a control membrane 16. In the closed position of the main valve 11, the valve body 14 is pressed against the valve seat 15 by a spring element 17.
  • a gas inlet chamber 18, which is arranged below the control membrane 16, is connected via a bore 19 to a servo gas chamber 20, which is positioned above the control membrane 16.
  • a servo valve 21 is also closed, in which position a valve body 22 of the servo valve 21 is pressed against a corresponding valve seat 23, namely by a spring element 27.
  • control device 10 has a servo controller 28, a valve body 29 of the servo controller 28 interacting with a corresponding valve seat 30.
  • the valve body 29 of the servo controller is connected to a diaphragm 31, on which a spring element 32 of a presetting device 33 of the servo controller 28 also engages.
  • the servo valve 21 is opened against the force of the spring element 27 via an actuator 24 assigned to the servo valve 21.
  • gas can flow out of the servo gas chamber 20 via corresponding bores 25 and 34 into a gas outlet chamber 26.
  • the pressure prevailing in the servo gas chamber 20 then decreases, and the gas pressure prevailing in the gas inlet chamber 18 lifts the valve body 14 of the main valve 11 from the valve seat 15.
  • the servo valve 21 is actuated via the actuator 24 depending on an upcoming heat request.
  • the actuator 24 for the servo valve 21 is frequency-modulated, namely pulse-width-modulated, in the present invention.
  • the servo valve 21 is either completely opened or completely closed with a certain frequency, the length of the on-cycles at a certain frequency making up the actual modulation.
  • the actuator 24 is accordingly designed as an on / off actuator 24.
  • the modulation coil acting on the servo drive and used according to the prior art can be omitted. Accordingly, in the invention, modulation takes place with the aid of the servo valve 21 or the actuator 24 and not via the servo controller 28.
  • the opening of the main valve 11 and thus the gas flow is determined by the length of the on-cycles of the pulse-width-modulated servo valve 21.
  • the frequency range that is typically available for modulation according to the invention is between 10 Hz and 30 Hz. Below a frequency of 10 Hz there are undesired disturbances in the output pressure. At a frequency above 30 Hz, the mechanical components of the servo valve 21 cannot follow the frequency.
  • FIG. 3 and 4 illustrate the modulation principle, for example for a frequency of 10 Hz, where T j is then 0.1 sec.
  • the so-called duty cycle is therefore 50%.
  • the degree or the measure of the load cycle determines the modulation and thus ultimately the opening of the main valve.
  • the load cycle is directly dependent on the heat requirement.

Abstract

Die Regeleinrichtung verfügt über ein Hauptventil (11) und ein Servoventil (21), wobei über das Servoventil die Öffnung des Hauptventils geregelt wird. Erfindungsgemäss wird der Aktuator (24) für das Servoventil frequenzmoduliert, nämlich pulsweitenmoduliert, betrieben.

Description

Regeleinrichtung für Gasbrenner
Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für Gasbrenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Regeleinrichtungen für Gasbrenner sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Bekannte Regeleinrichtungen für Gasbrenner verfügen über ein Hauptventil, ein Servoventil und einen Servoregler, wobei nach dem Stand der Technik der Servoregler der Sollwerteinstellung und der Regelung eines Gasausgangsdrucks dient. Bei Regeleinrichtungen nach dem Stand der Technik erfolgt eine Modulation dadurch, daß auf den Servoregler eine Modulationsspule einwirkt, der ein veränderlicher Strom zugeführt wird und die am Servoregler vorgenommene Einstellungen verändert.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, eine neuartige Regeleinrichtung für Gasbrenner zu schaffen.
Dieses Problem wird durch eine Regeleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung. Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Regeleinrichtung in Schließstellung im Querschnitt;
Fig. 2 eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung gemäß Fig. 1 in Öffhungsstellung ebenfalls im Querschnitt;
Fig. 3 ein Beispiel einer Pulsweitenmodulation; und
Fig. 4 ein weiteres Beispiel einer Pulsweitenmodulation. Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Regeleinrichtung 10 in Schließstellung. Über ein Hauptventil 11 wird ein Gasstrom, der in die Regeleinrichtung im Bereich eines Einlasses 12 einströmt und dieselbe im Bereich eines Auslasses 13 verläßt, geregelt. Das Hauptventil 11 wird gemäß Figur 1 von einem Ventilkörper 14 gebildet, der in Schließstellung auf einem Ventilsitz 15 aufliegt. Der Nentilkörper 14 ist mit einer Regelmembran 16 verbunden. In Schließstellung des Hauptventils 11 wird der Nentilkörper 14 von einem Federelement 17 gegen den Ventilsitz 15 gedrückt.
Gemäß Figur 1 ist eine Gaseinlaßkammer 18, die unterhalb der Regelmembran 16 angeordnet ist, über eine Bohrung 19 mit einer Servogaskammer 20 verbunden, die oberhalb der Regelmembran 16 positioniert ist. Hierdurch herrscht in Schließstellung des Hauptventils 11 auf beiden Seiten der Regelmembran 16 derselbe Druck. In Schließstellung des Hauptventils 11 ist des weiteren ein Servoventil 21 geschlossen, wobei in dieser Position ein Ventilkörper 22 des Servoventils 21 gegen einen korrespondierenden Ventilsitz 23 gedrückt wird, nämlich von einem Federelement 27.
Ferner verfügt die Regeleinrichtung 10 über einen Servoregler 28, wobei ein Ventilkörper 29 des Servoreglers 28 mit einem entsprechenden Ventilsitz 30 zusammenwirkt. Der Ventilkörper 29 des Servoreglers ist mit einer Membran 31 verbunden, an der ebenfalls ein Federelement 32 einer Voreinstelleinrichtung 33 des Servoreglers 28 angreift.
Soll nun das Hauptventil 11 der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung 10 geöffnet werden, so wird das Servoventil 21 über einen dem Servoventil 21 zugeordneten Aktuator 24 gegen die Kraft des Federelements 27 geöffnet. In dem Fall, in dem das Servoventil 21 geöffnet wird, kann Gas aus der Servogaskammer 20 über entsprechende Bohrungen 25 und 34 in eine Gasauslaßkammer 26 abströmen. In diesem Fall nimmt dann der in der Servogaskammer 20 herrschende Druck ab, und der in der Gaseinlaßkammer 18 herrschende Gasdruck hebt den Ventilkörper 14 des Hauptventils 11 vom Ventilsitz 15 ab.
Das Servoventil 21 wird abhängig von einer anstehenden Wärmeanforderung über den Aktuator 24 betätigt. Erfindungsgemäß wird bei der hier vorliegenden Erfindung der Aktuator 24 für das Servoventil 21 frequenzmoduliert, nämlich pulsweitenmoduliert, betrieben. Das Servoventil 21 wird mit einer bestimmten Frequenz entweder ganz geöffnet oder ganz geschlossen, wobei die Länge der Ein-Zyklen bei einer bestimmten Frequenz die eigentliche Modulation ausmacht. Der Aktuator 24 ist demnach als Ein/Aus-Aktuator 24 ausgebildet. Die nach dem Stand der Technik verwendete, auf den Servoregler einwirkende Modulationsspule kann entfallen. Bei der Erfindung erfolgt demnach eine Modulation mit Hilfe des Servoventils 21 bzw. des Aktuators 24 und nicht über den Servoregler 28. Die Öffnung des Hauptventils 11 und damit der Gasstrom wird durch die Länge der EinZyklen des pulsweitenmodulierten Servoventils 21 bestimmt.
Der Frequenzbereich, der nach der Erfindung typischerweise zur Modulation zur Verfügung steht, liegt zwischen 10 Hz und 30 Hz. Unterhalb einer Frequenz von 10 Hz ergeben sich ungewünschte Störungen des Ausgangsdrucks. Bei einer Frequenz von oberhalb 30 Hz können die mechanischen Bauelemente des Servoventils 21 der Frequenz nicht folgen.
Fig. 3 und Fig. 4 verdeutlichen das Modulationsprinzip z.B. für eine Frequenz von 10Hz, wobei Tj dann 0,1 sec. beträgt. Bei der in Fig. 3 gezeigten Modulation sind der Ein-Zyklus und der Aus-Zyklus jeweils gleichlang, T, = T3 = 0,05 sec. Der sogenannte Lastzyklus (duty cycle) beträgt also 50%. Bei der in Fig. 4 gezeigten Modulation bei einer Frequenz von 10Hz beträgt der Lastzyklus 10%, demnach ist T2 = 0,01 sec und T3 = 0,09 sec. Der Grad bzw. das Maß des Lastzyklus bestimmt die Modulation und damit letztendlich die Öffnung des Hauptventils. Der Lastzyklus ist von der Wärmeanforderung umittelbar abhängig.
Bezugszeichenliste:
10 Regeleinrichtung
11 Hauptventil
12 Einlaß
13 Auslaß
14 Ventilkörper
15 Ventilsitz
16 Regelmembran
17 Federelement
18 Gasemlaßkammer
19 Bohrung
20 Servogaskammer
21 Servoventil
22 Ventilkörper
23 Ventilsitz
24 Aktuator
25 Öffnung
26 Gasauslaßkammer
27 Federelement
28 Servoregler
29 Ventilkörper
30 Ventilsitz
31 Membran
32 Federelement
33 Voreinstelleinrichtung
34 Bohrung

Claims

Patentanspruch:
1. Regeleinrichtung für Gasbrenner, mit einem Hauptventil (11) und einem Servoventil (21), wobei über das Servoventil (21) die Öffnung des Hauptventils (11) geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aktuator (24) für das Servoventil (21) frequenzmoduliert betrieben wird, derart, daß das Servoventil (21) einer Frequenz folgend öffnet und schließt.
2. Regeleinrichtung für Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzmodulation eine Pulsweitenmodulation ist, derart, daß der Lastzyklus der Frequenz unmittelbar von einer Wärmeanforderung abhängig ist.
EP01953944A 2000-05-25 2001-05-18 Regeleinrichtung für gasbrenner Withdrawn EP1285200A1 (de)

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