ES2957808T3 - Performance detection and air factor control using sensors in the combustion chamber - Google Patents
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Abstract
Registro del rendimiento y control de la relación de aire mediante sensores en la cámara de combustión. Método para controlar un dispositivo de combustión (1) que comprende una cámara de combustión (2), un primer (19) y un segundo sensor de temperatura (20) en la cámara de combustión (2), un actuador de aire (4) para generar un suministro de aire (5).) y un actuador de combustible (7 - 9) para generar un suministro de combustible (6), comprendiendo el método los pasos: ajustar el actuador de combustible (7 - 9) y/o el actuador de aire (4); registrar una primera señal desde el primer sensor de temperatura (19); Determinar al menos una primera potencia de combustión (23) en función de la primera señal usando una primera curva característica (24), que indica un primer curso de una potencia de combustión (23) para el primer sensor de temperatura (19) sobre la señal de el primer sensor de temperatura (19); registrar una segunda señal desde el segundo sensor de temperatura (20); Determinar al menos una segunda potencia de combustión (23) en función de la segunda señal mediante una segunda curva característica (25), que indica una segunda curva de la potencia de combustión (23) para el segundo sensor de temperatura (20). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)Recording of performance and control of the air ratio using sensors in the combustion chamber. Method for controlling a combustion device (1) comprising a combustion chamber (2), a first (19) and a second temperature sensor (20) in the combustion chamber (2), an air actuator (4) to generate an air supply (5).) and a fuel actuator (7 - 9) to generate a fuel supply (6), the method comprising the steps: adjust the fuel actuator (7 - 9) and/or the air actuator (4); recording a first signal from the first temperature sensor (19); Determine at least a first combustion power (23) as a function of the first signal using a first characteristic curve (24), which indicates a first course of a combustion power (23) for the first temperature sensor (19) on the signal from the first temperature sensor (19); recording a second signal from the second temperature sensor (20); Determine at least a second combustion power (23) as a function of the second signal by means of a second characteristic curve (25), which indicates a second combustion power curve (23) for the second temperature sensor (20). (Automatic translation with Google Translate, without legal value)
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Detección de rendimiento y control de factor de aire mediante sensores en la cámara de combustión Performance detection and air factor control using sensors in the combustion chamber
Antecedentes Background
La presente divulgación se refiere a controles y/o reguladores utilizados en dispositivos de combustión, por ejemplo, en quemadores de gas, en relación con sensores de combustión. Los sensores de combustión en dispositivos de combustión son, por ejemplo, electrodos de ionización y/o sensores ópticos. Más concretamente, la presente divulgación se refiere a la regulación y/o al control de dispositivos de combustión en presencia de gas hidrógeno. The present disclosure relates to controls and/or regulators used in combustion devices, for example, in gas burners, in relation to combustion sensors. Combustion sensors in combustion devices are, for example, ionization electrodes and/or optical sensors. More specifically, the present disclosure refers to the regulation and/or control of combustion devices in the presence of hydrogen gas.
En el funcionamiento de un dispositivo de combustión debe conocerse y/o ajustarse su rendimiento de combustión. Para una combustión de hidrocarburos o de hidrógeno puro o de una mezcla de ambos, el suministro de aire y el suministro de combustible deben ajustarse entre sí. De este modo, se consigue un factor de aire A correcto. In the operation of a combustion device, its combustion performance must be known and/or adjusted. For combustion of hydrocarbons or pure hydrogen or a mixture of both, the air supply and the fuel supply must be adjusted to each other. In this way, a correct air factor A is achieved.
Además, hay influencias externas que pueden afectar al factor de aire y/o al rendimiento de la combustión. Tales influencias externas son, por ejemplo, la presión de entrada del combustible, en particular del gas combustible, y la composición del combustible. Otros ejemplos de influencias externas son la temperatura ambiente, la presión ambiente y los cambios en la trayectoria del aire de suministro, así como en la trayectoria de los gases de escape del dispositivo de combustión. Additionally, there are external influences that can affect the air factor and/or combustion performance. Such external influences are, for example, the inlet pressure of the fuel, in particular of the fuel gas, and the composition of the fuel. Other examples of external influences are ambient temperature, ambient pressure and changes in the supply air path as well as in the exhaust gas path of the combustion device.
Además de los sensores mencionados, en el control del rendimiento de combustión y/o del factor de aire de un dispositivo de combustión pueden incluirse sensores de este tipo que vigilan la llama de forma orientada a la seguridad. In addition to the mentioned sensors, sensors of this type that monitor the flame in a safety-oriented manner can be included in the control of the combustion performance and/or the air factor of a combustion device.
Hasta la fecha, la vigilancia óptica de la llama se ha utilizado para la combustión de hidrógeno puro en un dispositivo de combustión. Entretanto, los sensores ópticos para registrar señales durante una combustión son costosos. To date, optical flame monitoring has been used for the combustion of pure hydrogen in a combustion device. Meanwhile, optical sensors for recording signals during combustion are expensive.
Además, los termopares y/o los sensores de temperatura de resistencia son concebibles como sensores para registrar señales de una combustión. Los termopares y/o los sensores de temperatura de resistencia deben acoplarse térmicamente al aire de suministro y/o a la mezcla y/o a los gases de escape y/o al plasma de una combustión en un dispositivo de combustión. Los termopares y/o los sensores de temperatura de resistencia también están acoplados térmicamente al soporte mecánico. Debido a estos acoplamientos, los termopares y/o los sensores de temperatura de resistencia son hasta ahora demasiado lentos para vigilar un proceso de combustión. Furthermore, thermocouples and/or resistance temperature sensors are conceivable as sensors for recording combustion signals. Thermocouples and/or resistance temperature sensors must be thermally coupled to the supply air and/or mixture and/or exhaust gases and/or combustion plasma in a combustion device. Thermocouples and/or resistance temperature sensors are also thermally coupled to the mechanical support. Due to these couplings, thermocouples and/or resistance temperature sensors are so far too slow to monitor a combustion process.
En particular, dichos termopares y sensores son bastante lentos para vigilar una llama en un dispositivo de combustión. In particular, such thermocouples and sensors are quite slow to monitor a flame in a combustion device.
La solicitud de patente europea EP1154202A2 fue presentada el 27 de abril de 2001 por SIEMENS BUILDING TECH AG. La solicitud se publicó el 14 de noviembre de 2001. El documento EP1154202A2 trata de un dispositivo de control para un quemador. El documento EP1154202A2 reivindica una prioridad del 12 de mayo de 2000. Para la solicitud EP1154202A2 existe la patente europea concedida EP1154202B1. Además, existe un documento de patente EP1154202B2 tras un procedimiento de oposición. European patent application EP1154202A2 was filed on April 27, 2001 by SIEMENS BUILDING TECH AG. The application was published on November 14, 2001. Document EP1154202A2 deals with a control device for a burner. The document EP1154202A2 claims a priority of May 12, 2000. For the application EP1154202A2 there is the granted European patent EP1154202B1. In addition, there is a patent document EP1154202B2 after opposition proceedings.
La patente EP1154202B2 distingue entre gases combustibles de bajo y alto poder calorífico. Se utilizan dos curvas características para distinguir entre los dos gases combustibles. Cada una de las dos curvas características se refiere a una señal de control para un actuador del dispositivo de combustión a través de una velocidad del ventilador del dispositivo de combustión. Para el control del dispositivo de combustión se ponderan las señales de control correspondientes a las curvas características. Patent EP1154202B2 distinguishes between low and high calorific value fuel gases. Two characteristic curves are used to distinguish between the two fuel gases. Each of the two characteristic curves refers to a control signal for an actuator of the combustion device via a speed of the fan of the combustion device. To control the combustion device, the control signals corresponding to the characteristic curves are weighted.
Además, el documento EP1154202B2 reivindica el uso de sensores adicionales para controlar el dispositivo de combustión. Dichos sensores adicionales influyen en las posiciones de los actuadores del dispositivo de combustión basándose en los resultados de sus sensores. Como ejemplo de datos de medición obtenidos de dichos sensores adicionales, el documento EP1154202B2 menciona un cambio en la temperatura de la caldera. Furthermore, document EP1154202B2 claims the use of additional sensors to control the combustion device. Said additional sensors influence the positions of the actuators of the combustion device based on the results of their sensors. As an example of measurement data obtained from such additional sensors, document EP1154202B2 mentions a change in boiler temperature.
La solicitud de patente DE102004030300A1 fue presentada el 23 de junio de 2004 por EBM PAPST LANDSHUT GMBH. La solicitud se publicó el 12 de enero de 2006. El documento DE102004030300A1 trata de un procedimiento para ajustar un parámetro de funcionamiento de un dispositivo de combustión. Patent application DE102004030300A1 was filed on June 23, 2004 by EBM PAPST LANDSHUT GMBH. The application was published on January 12, 2006. Document DE102004030300A1 deals with a procedure for adjusting an operating parameter of a combustion device.
El documento DE102004030300A1 divulga una región de mezcla en la que desembocan un suministro de aire y un suministro de gas. Un conducto sale de la zona de mezcla. El conducto termina en una parte de quemador. Encima del quemador hay una llama. Un sensor de temperatura está dispuesto opcionalmente en una superficie de la parte del quemador. El sensor de temperatura también puede estar situado en otro punto de la zona efectiva de la llama. El sensor de temperatura puede estar Document DE102004030300A1 discloses a mixing region into which an air supply and a gas supply flow. A duct exits the mixing zone. The duct ends in a burner part. Above the burner there is a flame. A temperature sensor is optionally arranged on a surface of the burner part. The temperature sensor can also be located at another point in the effective zone of the flame. The temperature sensor may be
- en el núcleo de la llama - in the core of the flame
- en la base de la llama, - at the base of the flame,
- en la punta de la llama, - at the tip of the flame,
- pero también a cierta distancia de la llama, por ejemplo, en la propia placa del quemador. Mediante la determinación y la detección de las temperaturas reales medidas en la zona efectiva de la llama del quemador en función de la relación de mezcla establecida, se determina el valor máximo de temperatura y la relación de mezcla correspondiente. - but also at a certain distance from the flame, for example, on the burner plate itself. By determining and detecting the actual temperatures measured in the effective zone of the burner flame as a function of the set mixing ratio, the maximum temperature value and the corresponding mixing ratio are determined.
Otra solicitud de patente DE102004055716A1 fue presentada el 18 de noviembre de 2004 por EBM PAPST LANDSHUT GMBH. La solicitud se publicó el 12 de enero de 2006. Another patent application DE102004055716A1 was filed on November 18, 2004 by EBM PAPST LANDSHUT GMBH. The application was published on January 12, 2006.
El documento DE102004055716A1 trata de un procedimiento para regular y controlar un dispositivo de combustión. El documento DE102004055716A1 reivindica una prioridad del 23 de junio de 2004. Document DE102004055716A1 deals with a procedure for regulating and controlling a combustion device. Document DE102004055716A1 claims a priority of June 23, 2004.
El documento DE102004055716A1 también divulga una región de mezcla en la que desembocan un suministro de aire y un suministro de gas. Un conducto sale de la zona de mezcla. El conducto termina en una parte de quemador. Encima de la parte del quemador se dispone una llama. Se puede disponer un sensor de temperatura, por ejemplo, en la zona de la llama, pero también en el quemador cerca de la llama. Como sensor de temperatura puede utilizarse, por ejemplo, un termopar. Document DE102004055716A1 also discloses a mixing region into which an air supply and a gas supply flow. A duct exits the mixing zone. The duct ends in a burner part. A flame is arranged above the burner part. A temperature sensor can be arranged, for example, in the flame area, but also on the burner near the flame. For example, a thermocouple can be used as a temperature sensor.
El documento DE102004055716A1 enseña el control de la temperatura Treal generada por un dispositivo de combustión a una temperatura objetivo Tobj. Se utiliza una curva característica que especifica la temperatura objetivo Tobj en función del caudal másico de aire y/o la carga del dispositivo de combustión. Como parámetro adicional, el factor de aire A permanece constante. Document DE102004055716A1 teaches the control of the Treal temperature generated by a combustion device at a target temperature Tobj. A characteristic curve is used that specifies the target temperature Tobj as a function of the air mass flow rate and/or the load of the combustion device. As an additional parameter, the air factor A remains constant.
La solicitud de patente internacional W02006/000367A1 fue presentada el 20 de junio de 2005 por EBM PAPST LANDSHUT. La solicitud se publicó el 5 de enero de 2006. International patent application W02006/000367A1 was filed on June 20, 2005 by EBM PAPST LANDSHUT. The application was published on January 5, 2006.
El documento W02006/000367A1 trata de un procedimiento para ajustar un factor de aire en un dispositivo de combustión. El documento W02006/000367A1 reivindica una prioridad del 23 de junio de 2004. Document W02006/000367A1 deals with a procedure for adjusting an air factor in a combustion device. Document W02006/000367A1 claims a priority of June 23, 2004.
El documento W02006/000367A1 también divulga una región de mezcla en la que desembocan un suministro de aire y un suministro de gas. Un conducto sale de la zona de mezcla. El conducto termina en una parte de quemador. Encima del quemador hay una llama. Se puede disponer un sensor de temperatura, por ejemplo, en la zona de la llama, pero también en el quemador cerca de la llama. Por ejemplo, también puede utilizarse un termopar como sensor de temperatura. Opcionalmente, el sensor de temperatura se dispone en una superficie de la parte del quemador. El sensor de temperatura también puede disponerse en otro punto de la zona efectiva de la llama. El sensor de temperatura puede estar dispuesto Document W02006/000367A1 also discloses a mixing region into which an air supply and a gas supply flow. A duct exits the mixing zone. The duct ends in a burner part. Above the burner there is a flame. A temperature sensor can be arranged, for example, in the flame area, but also on the burner near the flame. For example, a thermocouple can also be used as a temperature sensor. Optionally, the temperature sensor is arranged on a surface of the burner part. The temperature sensor can also be arranged at another point in the effective zone of the flame. The temperature sensor may be arranged
- en el núcleo de la llama - in the core of the flame
- en la base de la llama, - at the base of the flame,
- en la punta de la llama, - at the tip of the flame,
- pero también a cierta distancia de la llama, por ejemplo, en la propia placa del quemador. El procedimiento del documento W02006/000367A1 se basa en el hecho de que la temperatura real Treal detectada por el sensor de temperatura depende de un factor de aire A. La temperatura real alcanza un máximo Tmax en A = 1. Ahora se determina una Tmax máxima para un caudal másico de aire mL predeterminado utilizando el sensor de temperatura ajustando iterativamente un caudal másico de gas. Posteriormente, se establece un factor de aire preferentemente A = 1,3 y se aumenta en consecuencia el caudal másico de aire mL. - but also at a certain distance from the flame, for example, on the burner plate itself. The procedure of document W02006/000367A1 is based on the fact that the actual temperature Treal detected by the temperature sensor depends on an air factor A. The actual temperature reaches a maximum Tmax at A = 1. A maximum Tmax is now determined for a predetermined air mass flow rate mL using the temperature sensor by iteratively adjusting a gas mass flow rate. Subsequently, an air factor preferably A = 1.3 is established and the mass flow rate of air mL is increased accordingly.
Otra solicitud de patente internacional WO2015/113638A1 fue presentada el 3 de febrero de 2014 por ELECTROLUX APPLIANCES<a>B, SE. La solicitud se publicó el 6 de agosto de 2015. El documento WO2015/113638A1 enseña una aplicación de quemador de gas y un dispositivo de cocción a gas. Another international patent application WO2015/113638A1 was filed on February 3, 2014 by ELECTROLUX APPLIANCES<a>B, SE. The application was published on August 6, 2015. Document WO2015/113638A1 teaches a gas burner application and a gas cooking device.
El documento WO2015/113638A1 divulga un dispositivo de vigilancia mediante el cual se desconecta un suministro de gas en ausencia de llama. Para ello, el dispositivo de vigilancia coopera con un dispositivo de cierre que comprende una válvula. El dispositivo de vigilancia puede incluir un termopar u otro sensor. Por lo tanto, el dispositivo de vigilancia está orientado a la seguridad. Document WO2015/113638A1 discloses a monitoring device by which a gas supply is disconnected in the absence of a flame. To do this, the monitoring device cooperates with a closing device comprising a valve. The monitoring device may include a thermocouple or other sensor. Therefore, the surveillance device is security-oriented.
El documento DE10045272A1 divulga un dispositivo de combustión que comprende un dispositivo de control para la generación controlada de una mezcla de combustible/aire con una relación ajustable de combustible/aire, en donde un sensor de temperatura para la longitud de llama y un sensor de temperatura para la temperatura de llama están conectados al dispositivo de control. Document DE10045272A1 discloses a combustion device comprising a control device for the controlled generation of a fuel/air mixture with an adjustable fuel/air ratio, wherein a temperature sensor for the flame length and a temperature sensor for flame temperature are connected to the control device.
La solicitud de patente japonesa JP2017040451A fue presentada el 21 de agosto de 2015 por NORITZ CORP. La solicitud se publicó el 23 de febrero de 2017. El documento JP2017040451A trata de un dispositivo de combustión. Japanese patent application JP2017040451A was filed on August 21, 2015 by NORITZ CORP. The application was published on February 23, 2017. Document JP2017040451A deals with a combustion device.
En particular, el documento JP2017040451A trata de la detección de la temperatura de una llama considerando los retardos del sensor respectivo. Como sensores se mencionan termopares y termistores. Se utiliza una unidad de predicción para tener en cuenta dichos retardos. La unidad de predicción determina un valor multiplicando una diferencia entre una temperatura detectada en el pasado y una temperatura actual por un coeficiente. Ese valor se añade a la temperatura actual detectada. El coeficiente necesario para determinar ese valor depende de un tiempo de retardo y de un periodo de tiempo predeterminado. In particular, document JP2017040451A deals with the detection of the temperature of a flame considering the delays of the respective sensor. Thermocouples and thermistors are mentioned as sensors. A prediction unit is used to take these delays into account. The prediction unit determines a value by multiplying a difference between a temperature detected in the past and a current temperature by a coefficient. That value is added to the current detected temperature. The coefficient necessary to determine that value depends on a delay time and a predetermined period of time.
Los retardos debidos a los sensores están incluidos en la especificación técnica del año 2020 de los sensores de platino IST RTD. El tiempo de respuesta de un sensor para seguir el 63% de un cambio de temperatura debido a los retardos varía entre 2,5 y 40 segundos. Generalmente, el tiempo de respuesta depende de las dimensiones del sensor en cuestión. Delays due to sensors are included in the 2020 technical specification for IST RTD platinum sensors. The response time of a sensor to track 63% of a temperature change due to delays varies between 2.5 and 40 seconds. Generally, the response time depends on the dimensions of the sensor in question.
Para el control de un dispositivo de combustión, puede considerarse una interconexión neumática gas-aire y/o una interconexión electrónica. Técnicamente, un rango de modulación de uno a siete es generalmente alcanzable por medio de una interconexión neumática gas-aire. For the control of a combustion device, a gas-air pneumatic interconnection and/or an electronic interconnection can be considered. Technically, a modulation range of one to seven is generally achievable by means of a gas-air pneumatic interface.
Durante la combustión de hidrógeno puro, no se forma ninguna señal prácticamente utilizable en un electrodo de ionización. Por lo tanto, los electrodos de ionización apenas son adecuados para registrar señales durante la combustión de hidrógeno puro. En consecuencia, una conexión electrónica controlada sobre la base de una señal de llama sólo ha sido técnicamente viable hasta ahora para gases combustibles que contienen hidrocarburos. During the combustion of pure hydrogen, no practically usable signal is formed at an ionization electrode. Therefore, ionization electrodes are hardly suitable for recording signals during the combustion of pure hydrogen. Consequently, a controlled electronic connection on the basis of a flame signal has so far only been technically feasible for fuel gases containing hydrocarbons.
Además, en el caso de una conexión electrónica, el rendimiento de la combustión y el suministro de aire dependen únicamente de la velocidad del ventilador. Si el uso de otros sensores es demasiado complejo, una corrección de las influencias ambientales es difícilmente posible. Tales influencias ambientales se refieren, por ejemplo, a la temperatura del aire, la presión del aire y los cambios en la trayectoria del aire de suministro o de los gases de escape del dispositivo de combustión. Furthermore, in the case of an electronic connection, the combustion performance and air supply depend solely on the fan speed. If the use of other sensors is too complex, a correction for environmental influences is hardly possible. Such environmental influences concern, for example, air temperature, air pressure and changes in the path of the supply air or exhaust gases of the combustion device.
Una conexión electrónica para la combustión de hidrógeno requiere sensores adicionales, por ejemplo, para detectar y salvaguardar la cantidad de gas combustible, con el fin de ajustar la cantidad de gas combustible sin un control de combustión. Mientras tanto, tales sensores adicionales son costosos. An electronic connection for hydrogen combustion requires additional sensors, for example to detect and safeguard the amount of fuel gas, in order to adjust the amount of fuel gas without a combustion control. Meanwhile, such additional sensors are expensive.
Un objetivo de la presente divulgación es proporcionar un sistema de regulación y/o control que permita la combustión de gases combustibles que contienen hidrógeno. En particular, un objetivo de la presente divulgación es proporcionar una regulación y/o control que alcance un grado suficiente de modulación. Dicho control también es aplicable para gases combustibles que contienen hidrocarburos y/o para una mezcla de gases combustibles, que contienen hidrocarburos, con hidrógeno. An objective of the present disclosure is to provide a regulation and/or control system that allows the combustion of fuel gases containing hydrogen. In particular, an objective of the present disclosure is to provide regulation and/or control that achieves a sufficient degree of modulation. Said control is also applicable for combustible gases containing hydrocarbons and/or for a mixture of combustible gases containing hydrocarbons with hydrogen.
Resumen Summary
La regulación y/o el control de un dispositivo de combustión basado en una única señal de un sensor de temperatura es delicado. Esencialmente, la señal del sensor de temperatura depende de su posición en la cámara de combustión de un dispositivo de combustión. Hay que tener en cuenta que la señal de temperatura es función del suministro de la mezcla de combustible y aire y, por tanto, depende de la potencia de combustión. Además, la señal de temperatura también depende de la relación de mezcla entre el combustible y el aire y, por tanto, del factor de aire. Con un solo sensor de temperatura es difícil asignar claramente un valor de temperatura medido a una combinación exacta de potencia de combustión y factor de aire. Por lo tanto, normalmente se necesita una señal adicional. Esta señal suele ser el suministro de aire como representante de un suministro de mezcla o potencia de combustión. Con la temperatura medida en la llama o cerca de ella, el factor de aire puede entonces controlarse en función del valor medido y del suministro de aire de acuerdo con una curva característica dada. Este procedimiento se describe en el documento EP1902254B1, en el que se indica la temperatura medida en el intervalo de valores en función del factor de aire y la potencia de combustión. Alternativamente, el factor de aire puede utilizarse como una señal adicional y el suministro de mezcla, es decir, la potencia de combustión, puede determinarse sobre la base del factor de aire y la temperatura medida. El registro o la determinación del suministro de combustible, en particular del suministro de gas, también puede proporcionar dicha señal adicional. The regulation and/or control of a combustion device based on a single signal from a temperature sensor is delicate. Essentially, the temperature sensor signal depends on its position in the combustion chamber of a combustion device. It must be taken into account that the temperature signal is a function of the supply of the fuel and air mixture and, therefore, depends on the combustion power. Furthermore, the temperature signal also depends on the mixing ratio between fuel and air and therefore on the air factor. With a single temperature sensor it is difficult to clearly assign a measured temperature value to an exact combination of combustion power and air factor. Therefore, an additional signal is usually needed. This signal is usually the air supply as a representative of a mixture supply or combustion power. With the temperature measured at or near the flame, the air factor can then be controlled as a function of the measured value and the air supply according to a given characteristic curve. This procedure is described in document EP1902254B1, which indicates the measured temperature in the range of values depending on the air factor and the combustion power. Alternatively, the air factor can be used as an additional signal and the mixture supply, i.e. the combustion power, can be determined on the basis of the air factor and the measured temperature. The recording or determination of fuel supply, in particular gas supply, may also provide such an additional signal.
Los sensores suficientemente precisos para determinar el suministro de aire, el suministro de mezcla o el suministro de combustible son costosos. Un sensor menos costoso no detecta variaciones en las condiciones ambientales, como la temperatura del aire, la presión del aire o incluso variaciones en la trayectoria del aire de suministro y/o de los gases de escape. Tal sensor menos costoso es, por ejemplo, el sensor de velocidad del ventilador. En consecuencia, dicho sensor tiene la desventaja de que sólo determina de forma incompleta el suministro de aire. Sensors accurate enough to determine air supply, mixture supply, or fuel supply are expensive. A less expensive sensor does not detect variations in ambient conditions, such as air temperature, air pressure, or even variations in the supply air and/or exhaust gas path. Such a less expensive sensor is, for example, the fan speed sensor. Consequently, said sensor has the disadvantage that it only incompletely determines the air supply.
La presente divulgación aborda esas dificultades colocando más de un sensor en la cámara de combustión de un dispositivo de combustión. En particular, puede disponerse más de un sensor de temperatura en la cámara de combustión del dispositivo de combustión. Las señales de ambos sensores, en particular de ambos sensores de temperatura, se leen y cada una de ellas se procesa en valores de una potencia de combustión. Las señales de ambos sensores, en particular de ambos sensores de temperatura, también pueden procesarse cada una en un valor de un factor de aire A. Posteriormente, la regulación y/o el control pueden llevarse a cabo sobre la base de la potencia de combustión determinada y/o del factor de aire A determinado. The present disclosure addresses those difficulties by placing more than one sensor in the combustion chamber of a combustion device. In particular, more than one temperature sensor may be provided in the combustion chamber of the combustion device. The signals from both sensors, in particular both temperature sensors, are read and each of them processed into values of a combustion power. The signals from both sensors, in particular both temperature sensors, can also each be processed into a value of an air factor A. Subsequently, regulation and/or control can be carried out on the basis of the combustion power. determined and/or the air factor A determined.
El procesamiento de las señales de medición individuales por sí solas en un valor de la potencia de combustión o el factor de aire o una combinación de potencia de combustión y factor de aire es a menudo ambiguo. The processing of the individual measurement signals alone into a combustion power or air factor value or a combination of combustion power and air factor is often ambiguous.
En el caso de una correlación ambigua de señales individuales a diferentes potencias de combustión, se determinan posibles potencias de combustión que coincidan con las señales individuales. Se forman pares a partir de las potencias de combustión determinadas a partir de las señales del primer sensor mencionado y de las potencias de combustión determinadas a partir de las señales del segundo sensor mencionado. Se selecciona el par con la menor diferencia de potencia de combustión. En base a este par se determina una potencia de combustión actual del dispositivo de combustión. In the case of an ambiguous correlation of individual signals at different combustion powers, possible combustion powers matching the individual signals are determined. Pairs are formed from the combustion powers determined from the signals of the first mentioned sensor and the combustion powers determined from the signals of the second mentioned sensor. The pair with the smallest difference in combustion power is selected. Based on this torque, a current combustion power of the combustion device is determined.
Además, estas ambigüedades pueden resolverse disponiendo otro sensor, en particular otro sensor de temperatura, en la cámara de combustión. Se lee una señal del sensor adicional, en particular del sensor de temperatura adicional. La señal leída se transforma en tercer lugar en un valor de una potencia de combustión y se incluye en la determinación de una potencia de combustión actual del dispositivo de combustión. Furthermore, these ambiguities can be resolved by arranging another sensor, in particular another temperature sensor, in the combustion chamber. A signal is read from the additional sensor, in particular from the additional temperature sensor. The read signal is thirdly transformed into a value of a combustion power and is included in the determination of a current combustion power of the combustion device.
Otra posibilidad para resolver ambigüedades es incluir una señal de suministro en la evaluación. Por ejemplo, dicha señal de suministro puede ser la velocidad de un ventilador en un canal de suministro de aire. Del mismo modo, dicha señal de suministro puede ser una señal de un sensor de flujo en el canal de suministro de aire o en el canal de suministro de combustible. Además, una señal de suministro puede obtenerse de la posición de una compuerta de aire y/o de la posición de un actuador de combustible. El uso de una señal de suministro tiene la ventaja de que la asignación de la señal de suministro a la potencia de combustión suele ser inequívoca. Another possibility to resolve ambiguities is to include a supply signal in the evaluation. For example, said supply signal may be the speed of a fan in an air supply channel. Likewise, said supply signal may be a signal from a flow sensor in the air supply channel or in the fuel supply channel. Furthermore, a delivery signal can be obtained from the position of an air damper and/or the position of a fuel actuator. The use of a supply signal has the advantage that the assignment of the supply signal to the combustion power is usually unambiguous.
Las dos curvas características para determinar los pares de potencia de combustión son fijas para un factor de aire dado. Si los dos sensores se colocan adecuadamente en la cámara de combustión, existe exactamente un par de puntos de los dos valores del sensor para el que ambas potencias de combustión son iguales para todos los valores posibles del factor de aire. The two characteristic curves for determining combustion power torques are fixed for a given air factor. If the two sensors are properly placed in the combustion chamber, there is exactly one pair of points of the two sensor values for which both combustion powers are equal for all possible values of the air factor.
Con el procedimiento presentado, la potencia de combustión en el intervalo de valores puede determinarse en función de la señal de medición respectiva a un valor nominal predeterminado del factor de aire. La determinación se lleva a cabo para cada sensor dispuesto en la cámara de combustión. De este modo, tanto el factor de aire como la potencia de combustión pueden regularse a valores objetivo predefinidos. Las potencias de combustión en función de la señal del sensor asociada pueden depositarse como un polinomio para ambas funciones. En una realización preferida, las dos funciones pueden depositarse como una secuencia de puntos entre los que se realiza una interpolación lineal sobre la distancia mínima entre los dos puntos. Si se utilizan más sensores, se deposita una función de la potencia de combustión en el intervalo de valores de tres o más sensores. Por ejemplo, un sensor adicional puede ser un tercer sensor en la cámara de combustión o un sensor de suministro. With the presented method, the combustion power in the value range can be determined as a function of the respective measurement signal at a predetermined nominal value of the air factor. The determination is carried out for each sensor arranged in the combustion chamber. In this way, both the air factor and the combustion power can be regulated to predefined target values. The combustion powers as a function of the associated sensor signal can be deposited as a polynomial for both functions. In a preferred embodiment, the two functions can be deposited as a sequence of points between which linear interpolation is performed over the minimum distance between the two points. If more sensors are used, a function of the combustion power is deposited in the value range of three or more sensors. For example, an additional sensor may be a third sensor in the combustion chamber or a supply sensor.
El control se realiza, por ejemplo, ajustando primero el actuador de aire o alternativamente el actuador de combustible. El ajuste se realiza hasta que las potencias de combustión determinadas a partir de ambos valores de temperatura sean iguales o próximos entre sí. A continuación, se calcula la potencia de combustión, por ejemplo, como la media de las dos potencias de combustión determinadas. A continuación, se ajustan el actuador de aire y el actuador de combustible hasta que la potencia de combustión calculada se encuentre en su valor nominal, por ejemplo, a través de un circuito de regulación. Cualquier desviación resultante del factor de aire con respecto al valor nominal se reajusta de nuevo mediante el actuador de aire o, alternativamente, el actuador de combustible. Como resultado del reajuste, las potencias de combustión calculadas a partir de las dos señales de medición vuelven a ser iguales. Control is carried out, for example, by first adjusting the air actuator or alternatively the fuel actuator. The adjustment is carried out until the combustion powers determined from both temperature values are equal or close to each other. The combustion power is then calculated, for example, as the average of the two determined combustion powers. The air actuator and fuel actuator are then adjusted until the calculated combustion power is at its nominal value, for example via a regulation circuit. Any resulting deviation of the air factor from the nominal value is readjusted again by the air actuator or alternatively the fuel actuator. As a result of the readjustment, the combustion powers calculated from the two measurement signals become equal again.
Alternativamente, el factor de aire y la potencia de combustión pueden ajustarse conjuntamente a través de un control de circuito múltiple dentro de una banda inactiva de los valores objetivo. Alternatively, the air factor and combustion power can be adjusted together via multi-loop control within a dead band of target values.
Mediante la corrección del factor de aire se pueden corregir los cambios debidos a influencias externas sobre el combustible. Un cambio en la composición del combustible afecta en primer lugar al factor de aire. El procedimiento divulgado aquí corrige una desviación en el factor de aire. Del mismo modo, un cambio en la presión de entrada del combustible y/o en la temperatura del combustible y/o en la presión del aire y/o en la temperatura del aire puede ser corregido por el control del factor de aire. By correcting the air factor, changes due to external influences on the fuel can be corrected. A change in fuel composition primarily affects the air factor. The procedure disclosed here corrects a deviation in the air factor. Likewise, a change in fuel inlet pressure and/or fuel temperature and/or air pressure and/or air temperature can be corrected by controlling the air factor.
Las influencias externas sobre la potencia de combustión también pueden ser compensadas, ya que la potencia de combustión puede ser recalculada y ajustada a un valor nominal predefinido. Los cambios en el recorrido del aire de suministro/de los gases de escape también pueden corregirse de este modo con respecto al factor de aire, así como también con respecto a la potencia de combustión. External influences on the combustion power can also be compensated, since the combustion power can be recalculated and set to a predefined nominal value. Changes in the supply air/exhaust gas path can also be corrected in this way with respect to the air factor as well as with respect to the combustion power.
Breve descripción de los dibujos Brief description of the drawings
Diferentes características se harán evidentes a los expertos en la materia a partir de la siguiente descripción detallada de las formas de realización no limitantes divulgadas. Los dibujos que acompañan a la descripción detallada pueden describirse brevemente como sigue: Different features will become apparent to those skilled in the art from the following detailed description of the disclosed non-limiting embodiments. The drawings accompanying the detailed description may be briefly described as follows:
La FIG. 1 muestra un dispositivo de combustión con dos sensores para la vigilancia de la llama en la cámara de combustión. FIG. 1 shows a combustion device with two sensors for monitoring the flame in the combustion chamber.
La FIG. 2 muestra el trazado de la potencia de combustión a través de la señal de medición de un sensor dispuesto en la cámara de combustión, si la correlación es inequívoca. FIG. 2 shows the plot of the combustion power through the measurement signal of a sensor arranged in the combustion chamber, if the correlation is unambiguous.
La FIG. 3 muestra el trazado de la potencia de combustión a través de las señales de dos sensores dispuestos en la cámara de combustión cuando la correlación de un sensor no es unívoca. FIG. 3 shows the plot of the combustion power through the signals of two sensors arranged in the combustion chamber when the correlation of a sensor is not univocal.
La FIG. 4 muestra el trazado de la potencia de combustión mediante las señales de dos sensores dispuestos en la cámara de combustión cuando las curvas de las señales se cruzan. FIG. 4 shows the plot of the combustion power using the signals from two sensors arranged in the combustion chamber when the signal curves intersect.
La FIG. 5 muestra el trazado de la potencia de combustión mediante las señales de dos sensores dispuestos en la cámara de combustión y el trazado divergente de ambas señales cuando la mezcla se ha empobrecido. FIG. 5 shows the plot of the combustion power using the signals from two sensors arranged in the combustion chamber and the divergent plot of both signals when the mixture has become lean.
La FIG. 6 muestra el trazado de la potencia de combustión mediante las señales de dos sensores dispuestos alternativamente en la cámara de combustión y la desviación de ambas señales cuando la mezcla se ha empobrecido. FIG. 6 shows the plot of the combustion power using the signals from two sensors arranged alternately in the combustion chamber and the deviation of both signals when the mixture has become lean.
La FIG. 7 muestra el trazado del suministro de aire mediante la señal de suministro de aire para dos vías de escape de aire de suministro diferentes. FIG. 7 shows the layout of the supply air using the supply air signal for two different supply air exhaust paths.
La FIG. 8 muestra el trazado de dos curvas de control predefinidas para la válvula de gas combustible y la curva de ajuste calculada para los parámetros reales del combustible y/o los parámetros del gas. FIG. 8 shows the plot of two predefined control curves for the fuel gas valve and the calculated adjustment curve for the actual fuel parameters and/or gas parameters.
Descripción detallada Detailed description
La FIG. 1 muestra un dispositivo de combustión 1 tal como, por ejemplo, un quemador de gas montado en la pared y/o un quemador de gas de pie. Una llama de un generador de calor arde en la cámara de combustión 2 del dispositivo de combustión 1 durante el funcionamiento. El generador de calor intercambia la energía térmica de los gases de escape calientes con otro fluido, como el agua. El agua caliente se utiliza, por ejemplo, para hacer funcionar un sistema de calefacción de agua caliente y/o para calentar agua potable. Según otra forma de realización, la energía térmica de los combustibles calientes y/o de los gases combustibles puede utilizarse para calentar un material, por ejemplo, en un proceso industrial. Según otra forma de realización, el generador de calor forma parte de una planta con acoplamiento de potencia-calor, por ejemplo, un motor de dicha planta. Según otra forma de realización, el generador de calor es una turbina de gas. Además, el generador de calor puede servir para calentar agua en una planta de extracción de litio y/o carbonato de litio. Los gases de escape 10 se descargan de la cámara de combustión 2, por ejemplo, a través de una chimenea. FIG. 1 shows a combustion device 1 such as, for example, a wall-mounted gas burner and/or a free-standing gas burner. A flame from a heat generator burns in the combustion chamber 2 of the combustion device 1 during operation. The heat generator exchanges the thermal energy of the hot exhaust gases with another fluid, such as water. Hot water is used, for example, to operate a hot water heating system and/or to heat drinking water. According to another embodiment, the thermal energy of hot fuels and/or fuel gases can be used to heat a material, for example, in an industrial process. According to another embodiment, the heat generator is part of a plant with power-heat coupling, for example, an engine of said plant. According to another embodiment, the heat generator is a gas turbine. In addition, the heat generator can be used to heat water in a lithium and/or lithium carbonate extraction plant. The exhaust gases 10 are discharged from the combustion chamber 2, for example, through a chimney.
El suministro de aire 5 para el proceso de combustión se realiza a través de un ventilador accionado (por motor). A través del conducto de señal 14, un dispositivo de control y/o regulación 13 especifica al ventilador el suministro de aire V<l>que debe transportar. De este modo, la velocidad del ventilador del sensor de velocidad del ventilador 12 se convierte en una medida para el suministro de aire 5. The supply of air 5 for the combustion process is carried out through a driven (motor) fan. Through the signal duct 14, a control and/or regulation device 13 specifies to the fan the air supply V<l>that it must transport. In this way, the fan speed of the fan speed sensor 12 becomes a measurement for the air supply 5.
Según una forma de realización, la velocidad del ventilador determinada por el sensor 12 se devuelve al dispositivo de control y/o regulación 13 desde el ventilador y/o el accionamiento 4 y/o el actuador de aire 4. Por ejemplo, el dispositivo de control y/o regulación 13 determina la velocidad del ventilador a través del conducto de señal 15. According to one embodiment, the fan speed determined by the sensor 12 is returned to the control and/or regulation device 13 from the fan and/or drive 4 and/or air actuator 4. For example, the Control and/or regulation 13 determines the speed of the fan through the signal duct 15.
El dispositivo de control y/o regulación 13 comprende preferentemente un microcontrolador. Idealmente, el dispositivo de control y/o regulación 13 comprende un microprocesador. El dispositivo de control y/o de regulación 13 puede ser un dispositivo de regulación. Preferiblemente, el dispositivo de control comprende un microcontrolador. Idealmente, el dispositivo de control comprende un microprocesador. El dispositivo de control puede comprender un regulador proporcional e integral. Además, el dispositivo de control puede comprender un controlador proporcional e integral y derivativo. The control and/or regulation device 13 preferably comprises a microcontroller. Ideally, the control and/or regulation device 13 comprises a microprocessor. The control and/or regulation device 13 may be a regulation device. Preferably, the control device comprises a microcontroller. Ideally, the control device comprises a microprocessor. The control device may comprise a proportional and integral regulator. Furthermore, the control device may comprise a proportional and integral and derivative controller.
Además, el dispositivo de control y/o regulación 13 puede comprender una disposición de compuerta (lógica) programable de campo. Además, el dispositivo de control y/o regulación 13 puede comprender un circuito integrado de aplicación específica. Furthermore, the control and/or regulation device 13 may comprise a field-programmable (logic) gate arrangement. Furthermore, the control and/or regulation device 13 may comprise an application-specific integrated circuit.
En una forma de realización, el conducto de señal 14 o 15 comprende una fibra óptica. En una forma de realización particular, el conducto de señal 14 o 15 se implementa como una fibra óptica. Las fibras ópticas ofrecen ventajas en términos de aislamiento galvánico y protección contra explosiones. In one embodiment, the signal conduit 14 or 15 comprises an optical fiber. In a particular embodiment, the signal conduit 14 or 15 is implemented as an optical fiber. Optical fibers offer advantages in terms of galvanic isolation and explosion protection.
Si el suministro de aire 5 se ajusta a través de una compuerta de aire y/o una válvula, la posición de la compuerta y/o de la válvula puede utilizarse como medida del suministro de aire 5. Además, puede utilizarse un valor medido derivado de la señal de un sensor de presión 12 y/o un sensor de caudal másico 12 y/o un sensor de caudal volumétrico 12. If the air supply 5 is adjusted through an air damper and/or a valve, the position of the damper and/or valve can be used as a measure of the air supply 5. Additionally, a derived measured value can be used of the signal from a pressure sensor 12 and/or a mass flow sensor 12 and/or a volumetric flow sensor 12.
Según una forma de realización, el suministro de aire V<l>es la tasa de flujo de aire actual. La tasa de flujo de aire puede medirse y/o indicarse en metros cúbicos de aire por hora. Por lo tanto, el suministro de aire V<l>puede medirse y/o indicarse en metros cúbicos de aire por hora. According to one embodiment, the air supply V<l>is the current air flow rate. The air flow rate can be measured and/or indicated in cubic meters of air per hour. Therefore, the air supply V<l>can be measured and/or indicated in cubic meters of air per hour.
El suministro de combustible V<b>es ajustado y/o regulado por el dispositivo de control y/o regulación 13 con ayuda de al menos un actuador de combustible 7 - 9 y/o al menos una válvula 7 - 9 ajustable (por motor). En la realización de la FIG. 1, el combustible 6 es un gas combustible. Un dispositivo de combustión 1 puede entonces conectarse a diferentes fuentes de gas combustible, por ejemplo, a fuentes con un alto contenido de metano y/o a fuentes con un alto contenido de propano. Del mismo modo, se prevé que el dispositivo de combustión 1 esté conectado a una fuente de un gas o de una mezcla de gases, en donde el gas o la mezcla de gases comprenda hidrógeno. En una forma de realización especial se prevé que el gas o la mezcla de gases comprenda más del cinco por ciento, en particular más del cinco por ciento en masa, de hidrógeno. En otra forma de realización especial se prevé que el gas o la mezcla de gases comprenda sólo o prácticamente sólo hidrógeno gaseoso. En otra realización, se prevé que el combustible y/o el gas y/o la mezcla de gases comprenda de forma variable de cero a treinta por ciento de la cantidad de sustancia de gas hidrógeno. En la FIG. 1, el dispositivo de control y/o regulación 13 ajusta la cantidad de gas combustible mediante al menos una válvula de combustible 7 - 9 regulable (por motor). El valor de control, por ejemplo, una señal modulada con ancho de pulso, de la válvula de gas 7 - 9 es una medida de la cantidad de gas combustible. También es un valor para el suministro de combustible V<b>. The fuel supply V<b>is adjusted and/or regulated by the control and/or regulation device 13 with the help of at least one fuel actuator 7 - 9 and/or at least one adjustable valve 7 - 9 (per engine ). In the embodiment of FIG. 1, fuel 6 is a combustible gas. A combustion device 1 can then be connected to different fuel gas sources, for example, to sources with a high methane content and/or to sources with a high propane content. Likewise, it is provided that the combustion device 1 is connected to a source of a gas or a gas mixture, wherein the gas or gas mixture comprises hydrogen. In a special embodiment it is provided that the gas or gas mixture comprises more than five percent, in particular more than five percent by mass, of hydrogen. In another special embodiment, it is provided that the gas or gas mixture comprises only or substantially only hydrogen gas. In another embodiment, it is provided that the fuel and/or the gas and/or the gas mixture variably comprises from zero to thirty percent of the amount of hydrogen gas substance. In FIG. 1, the control and/or regulation device 13 adjusts the amount of fuel gas by means of at least one adjustable fuel valve 7 - 9 (per engine). The control value, for example a pulse width modulated signal, of the gas valve 7 - 9 is a measure of the amount of fuel gas. It is also a value for the fuel supply V<b>.
Si se utiliza una compuerta de gas como actuador de combustible 7 - 9, la posición de una compuerta puede utilizarse como una medida de la cantidad de gas combustible. Según una forma de realización especial, un actuador de combustible 7 - 9 y/o una válvula de combustible 7 - 9 se ajustan mediante un motor paso a paso. En este caso, la posición de paso del motor paso a paso es una medida para la cantidad de gas combustible. La válvula de combustible y/o la compuerta de combustible también pueden estar integradas en una unidad con al menos una o más válvulas de cierre de seguridad 7, 8. Un conducto de señal 16 conecta el actuador de combustible 7 con el dispositivo de control y/o regulación 13. Otro conducto de señal 17 conecta el actuador de combustible 8 con el dispositivo de control y/o regulación 13. A su vez, otro conducto de señal 18 conecta el actuador de combustible 9 con el dispositivo de control y/o regulación 13. En una forma de realización especial los conductos de señal 16 - 18 comprenden cada uno una fibra óptica. Las fibras ópticas proporcionan ventajas con respecto al aislamiento galvánico y la protección contra explosiones. If a gas gate is used as a fuel actuator 7 - 9, the position of a gate can be used as a measure of the amount of fuel gas. According to a special embodiment, a fuel actuator 7 - 9 and/or a fuel valve 7 - 9 are adjusted by a stepper motor. In this case, the step position of the stepper motor is a measurement for the amount of fuel gas. The fuel valve and/or the fuel gate may also be integrated into a unit with at least one or more safety shut-off valves 7, 8. A signal line 16 connects the fuel actuator 7 with the control device and /or regulation 13. Another signal conduit 17 connects the fuel actuator 8 with the control and/or regulation device 13. In turn, another signal conduit 18 connects the fuel actuator 9 with the control and/or regulation device regulation 13. In a special embodiment the signal conduits 16 - 18 each comprise an optical fiber. Optical fibers provide advantages with respect to galvanic isolation and explosion protection.
Además, al menos una de las válvulas de combustible 7 - 9 puede ser una válvula controlada internamente por un sensor de caudal y/o presión, que recibe un valor nominal y regula el valor real del sensor de caudal y/o presión al valor nominal. El sensor de caudal y/o de presión puede implementarse como un sensor de caudal volumétrico, por ejemplo, como un medidor de rueda de turbina y/o como un medidor de fuelle y/o como un sensor de presión diferencial. El sensor de caudal y/o presión también puede implementarse como un sensor de flujo másico, por ejemplo, como un sensor de flujo másico térmico. Furthermore, at least one of the fuel valves 7 - 9 may be a valve controlled internally by a flow and/or pressure sensor, which receives a nominal value and regulates the actual value of the flow and/or pressure sensor to the nominal value. . The flow and/or pressure sensor can be implemented as a volumetric flow sensor, for example, as a turbine wheel meter and/or as a bellows meter and/or as a differential pressure sensor. The flow and/or pressure sensor may also be implemented as a mass flow sensor, for example as a thermal mass flow sensor.
La FIG. 1 también muestra un dispositivo de combustión 1 con un primer sensor 19. El sensor 19 está preferiblemente dispuesto en la cámara de combustión 2. Ventajosamente, el primer sensor 19 comprende un primer sensor de temperatura 19. Idealmente, el primer sensor 19 es un primer sensor de temperatura 19. FIG. 1 also shows a combustion device 1 with a first sensor 19. The sensor 19 is preferably arranged in the combustion chamber 2. Advantageously, the first sensor 19 comprises a first temperature sensor 19. Ideally, the first sensor 19 is a first temperature sensor 19.
Un conducto de señal 21 conecta el sensor de temperatura 19 con el dispositivo de control y/o regulación 13. En una forma de realización especial, el conducto de señal 21 comprende una fibra óptica. Las fibras ópticas ofrecen ventajas en términos de aislamiento galvánico y protección contra explosiones. A signal conduit 21 connects the temperature sensor 19 with the control and/or regulation device 13. In a special embodiment, the signal conduit 21 comprises an optical fiber. Optical fibers offer advantages in terms of galvanic isolation and explosion protection.
La FIG. 1 también muestra un dispositivo de combustión 1 con un segundo sensor 20. El sensor 20 está dispuesto preferiblemente en la cámara de combustión 2. Ventajosamente, el segundo sensor 20 comprende un segundo sensor de temperatura 20. Idealmente, el segundo sensor 20 es un segundo sensor de temperatura 20. FIG. 1 also shows a combustion device 1 with a second sensor 20. The sensor 20 is preferably arranged in the combustion chamber 2. Advantageously, the second sensor 20 comprises a second temperature sensor 20. Ideally, the second sensor 20 is a second temperature sensor 20.
Un conducto de señal 22 conecta el sensor de temperatura 20 al dispositivo de control y/o regulación 13. En una forma de realización especial, el conducto de señal 22 comprende una fibra óptica. Las fibras ópticas ofrecen ventajas en términos de aislamiento galvánico y protección contra explosiones. A signal conduit 22 connects the temperature sensor 20 to the control and/or regulation device 13. In a special embodiment, the signal conduit 22 comprises an optical fiber. Optical fibers offer advantages in terms of galvanic isolation and explosion protection.
La FIG 2 muestra la curva de señal 24 de la potencia de combustión 23 mediante la señal del sensor del primer sensor 19 para un gas combustible sólido a una relación de mezcla predeterminada y constante. En la FIG 2, el sensor 19 está dispuesto de tal manera que la potencia de combustión 23 puede asignarse claramente a la señal del sensor. Dicha curva característica 24 se obtiene, por ejemplo, si se coloca un sensor de temperatura 19 cerca del quemador 3. La curva característica 24 difiere de la curva característica mencionada en el documento EP1902254B1 en que la curva característica 24 a lo largo de la ordenada tiene la potencia de combustión 23 y no la señal de temperatura. En consecuencia, la potencia de combustión 23 puede determinarse a partir de la señal mediante la curva característica 24 mostrada en la FIG 2. Para ello, se fija el factor de aire A para cada potencia de combustión 23. En una realización preferida, la curva característica 24 se deposita en el dispositivo de control y/o regulación 13. La correlación también se realiza allí. Alternativamente, la curva característica 24 puede depositarse en un circuito electrónico en el primer sensor de temperatura 19 o en cualquier otra unidad. La evaluación también tiene lugar allí. FIG 2 shows the signal curve 24 of the combustion power 23 by the sensor signal of the first sensor 19 for a solid fuel gas at a predetermined and constant mixture ratio. In FIG 2, the sensor 19 is arranged in such a way that the combustion power 23 can be clearly assigned to the sensor signal. Said characteristic curve 24 is obtained, for example, if a temperature sensor 19 is placed near the burner 3. The characteristic curve 24 differs from the characteristic curve mentioned in document EP1902254B1 in that the characteristic curve 24 along the ordinate has the combustion power 23 and not the temperature signal. Consequently, the combustion power 23 can be determined from the signal by means of the characteristic curve 24 shown in FIG 2. For this, the air factor A is set for each combustion power 23. In a preferred embodiment, the curve characteristic 24 is deposited in the control and/or regulation device 13. The correlation is also carried out there. Alternatively, the characteristic curve 24 can be stored in an electronic circuit in the first temperature sensor 19 or in any other unit. Evaluation also takes place there.
Con la curva característica 24 se puede determinar directamente la potencia de combustión 23, de modo que no es necesario un sensor de suministro de aire 12. Si la dosificación del gas combustible se asigna directamente al suministro de aire 5, la potencia de combustión 23 y el suministro de aire 5 también se asignan directamente entre sí. De este modo, el suministro de aire 5 puede ajustarse a través de la correlación mencionada entre la potencia de combustión 23 y el suministro de aire 5 y a través de la señal de control según el conducto 14. Alternativamente, el suministro de aire 5 puede ajustarse de este modo mediante un circuito cerrado de regulación. En una realización preferida, la señal de suministro de aire está presente, pero la correlación entre el suministro de aire 5 y la señal está sujeta a influencias externas. Puede tratarse de cambios en, por ejemplo, la temperatura del aire y/o la presión ambiente y/o la trayectoria del aire de suministro/gas de escape. Típicamente, una señal en la que tales cambios no se compensan es la señal de velocidad del ventilador 4 o la retroalimentación de posición de una compuerta de aire. La correlación entre el suministro de aire 5 y la señal del sensor en el conducto 12 en comparación con las condiciones de referencia puede recalibrarse regularmente durante el funcionamiento. La recalibración se lleva a cabo con ayuda de la señal del sensor y la potencia de combustión 23 determinada por medio de la curva característica 24, así como con ayuda de la correlación entre la potencia de combustión 23 y el suministro de aire 5. Esta operación tiene la ventaja de que el suministro de aire 5 y, por tanto, la potencia de combustión 23 pueden modificarse rápidamente con la señal del sensor en el conducto 12. Por el contrario, la corrección por medio de la curva característica 24 es mucho más lenta. Del mismo modo, se puede corregir la curva característica de un sensor de suministro de gas, por ejemplo, el suministro de combustible sobre la base de la posición de una compuerta de gas. En este caso, la señal de mando de aire en el conducto 14 y, por tanto, el suministro de aire 5 se asignan directamente a la dosificación de combustible. With the characteristic curve 24, the combustion power 23 can be determined directly, so that an air supply sensor 12 is not necessary. If the metering of the fuel gas is assigned directly to the air supply 5, the combustion power 23 and The air supply 5 are also allocated directly to each other. In this way, the air supply 5 can be adjusted through the aforementioned correlation between the combustion power 23 and the air supply 5 and through the control signal according to the duct 14. Alternatively, the air supply 5 can be adjusted in this way through a closed regulation circuit. In a preferred embodiment, the air supply signal is present, but the correlation between the air supply 5 and the signal is subject to external influences. These may be changes in, for example, air temperature and/or ambient pressure and/or supply air/exhaust gas path. Typically, a signal in which such changes are not compensated for is the fan speed signal 4 or the position feedback of an air damper. The correlation between the air supply 5 and the sensor signal in the duct 12 compared to the reference conditions can be recalibrated regularly during operation. The recalibration is carried out with the help of the sensor signal and the combustion power 23 determined by means of the characteristic curve 24, as well as with the help of the correlation between the combustion power 23 and the air supply 5. This operation It has the advantage that the air supply 5 and therefore the combustion power 23 can be changed quickly with the signal from the sensor in the duct 12. On the contrary, the correction by means of the characteristic curve 24 is much slower. . Similarly, the characteristic curve of a gas supply sensor, for example fuel supply, can be corrected based on the position of a gas gate. In this case, the air control signal in duct 14 and therefore the air supply 5 are directly assigned to the fuel metering.
El curso de la curva característica 24 depende fuertemente de la posición del sensor en la cámara de combustión 2. Una posición del sensor cerca o directamente en el quemador 3 tiene la desventaja de que la dinámica de la señal del sensor se ve afectada por la capacidad calorífica del quemador 3. Esto hace que el control sea más lento. Esto hace que el control sea lento. Además, se desea utilizar el primer sensor 19 para vigilar la llama al mismo tiempo. Para poder vigilar la llama, el sensor 19 debe estar situado en una posición en la zona de la llama o cerca de ella. Para la vigilancia de la llama, el sensor 19 también debe reaccionar con suficiente rapidez, es decir, tener una constante de tiempo suficientemente pequeña. La FIG. 3 muestra el curso de una curva característica 24 de la potencia de combustión 23 en función de la señal del sensor del conducto 21, cuando el sensor 19 está dispuesto en la cámara de combustión 2 en la zona de la llama o cerca de ella. The course of the characteristic curve 24 strongly depends on the position of the sensor in the combustion chamber 2. A position of the sensor near or directly in the burner 3 has the disadvantage that the dynamics of the sensor signal is affected by the capacity heat output from burner 3. This makes the control slower. This makes control slow. Furthermore, it is desired to use the first sensor 19 to monitor the flame at the same time. In order to monitor the flame, the sensor 19 must be located in a position in or near the flame area. For flame monitoring, the sensor 19 must also react sufficiently quickly, that is, have a sufficiently small time constant. FIG. 3 shows the course of a characteristic curve 24 of the combustion power 23 as a function of the signal from the sensor of the duct 21, when the sensor 19 is arranged in the combustion chamber 2 in the flame area or close to it.
Como se puede ver en la FIG 3, la potencia de combustión 23 ya no se puede asignar claramente a la señal del sensor del conducto 21 por medio de la curva característica 24. Por lo tanto, se instala un segundo sensor 20 en la cámara de combustión 2, que asigna la señal del sensor del conducto 22 a la potencia de combustión 23 mediante una curva característica 25 que se desvía de la curva característica 24. Para permitir una correlación inequívoca de los dos valores del sensor a la potencia de combustión 23 como función de dos variables por medio de las dos curvas características 24 y 25, el par de puntos con las señales en los conductos 21 y 22, que se asigna al valor respectivo de la potencia de combustión 23 por medio de las curvas características 24 y 25, sólo puede producirse una vez para todos los valores de la potencia de combustión 23 en el intervalo de valores de las posibles potencias de combustión 23. As can be seen in FIG 3, the combustion power 23 can no longer be clearly assigned to the signal from the duct sensor 21 by means of the characteristic curve 24. Therefore, a second sensor 20 is installed in the combustion chamber. combustion 2, which maps the signal from the duct sensor 22 to the combustion power 23 by means of a characteristic curve 25 that deviates from the characteristic curve 24. To allow an unambiguous correlation of the two sensor values to the combustion power 23 as function of two variables by means of the two characteristic curves 24 and 25, the pair of points with the signals in the ducts 21 and 22, which is assigned to the respective value of the combustion power 23 by means of the characteristic curves 24 and 25 , can only occur once for all values of the combustion power 23 in the range of values of the possible combustion powers 23.
En el dispositivo de control y/o regulación 13, las dos curvas características 24 y 25 pueden, por ejemplo, depositarse como un polinomio. La correlación se realiza entonces mediante una regla con la que se calculan las diferentes potencias de gas de escape para las señales 21 y 22 registradas actualmente mediante las curvas características 24 y 25. En una realización preferida, las curvas características 24 se depositan como una secuencia de pares de valores (21/23) y (22/23). Las señales de los conductos 21 y 22 pueden situarse entre los correspondientes pares de valores depositados (21/23) y (22/23). Entonces se determinan los pares de valores (21/23) y (22/23) adyacentes correspondientes a las señales de los conductos 21 y 22. Se realiza una interpolación lineal para determinar la potencia de combustión 23. In the control and/or regulation device 13, the two characteristic curves 24 and 25 can, for example, be stored as a polynomial. The correlation is then carried out by means of a rule with which the different exhaust gas powers are calculated for the signals 21 and 22 currently recorded by the characteristic curves 24 and 25. In a preferred embodiment, the characteristic curves 24 are deposited as a sequence of pairs of values (21/23) and (22/23). The signals of conduits 21 and 22 can be placed between the corresponding pairs of stored values (21/23) and (22/23). Adjacent pairs of values (21/23) and (22/23) corresponding to the signals from ducts 21 and 22 are then determined. Linear interpolation is performed to determine the combustion power 23.
A continuación, se determinan las desviaciones de las potencias de combustión 23 para las señales de los conductos 21 y 22. Para ello se forma el total de la diferencia entre todas las potencias de combustión 23 calculadas a partir de la curva característica 24 y todos los valores calculados a partir de la curva característica. De las dos potencias de combustión 23 con la menor diferencia se toma, por ejemplo, el valor medio o uno de los dos valores calculados como valor asignado. Si sólo existe exactamente una potencia de combustión 23 para las señales de los conductos 21, 22 en las curvas características 24, 25 para al menos una de las dos curvas características 24, 25, ésta se toma como resultado. Next, the deviations of the combustion powers 23 for the signals of the ducts 21 and 22 are determined. For this, the total of the difference between all the combustion powers 23 calculated from the characteristic curve 24 and all the values calculated from the characteristic curve. Of the two combustion powers 23 with the smallest difference, for example, the average value or one of the two calculated values is taken as the assigned value. If exactly one combustion power 23 exists for the signals of the ducts 21, 22 in the characteristic curves 24, 25 for at least one of the two characteristic curves 24, 25, this is taken as the result.
La FIG 4 muestra que las dos curvas características también pueden cortarse. Siempre que se cumpla la condición antes mencionada para la correlación inequívoca, la potencia de combustión 23 y, por tanto, el suministro de aire 5 también pueden determinarse con dichas curvas características. FIG 4 shows that the two characteristic curves can also intersect. As long as the aforementioned condition for unambiguous correlation is met, the combustion power 23 and therefore the air supply 5 can also be determined with said characteristic curves.
Si la condición para la correlación inequívoca no se cumple siempre, la correlación puede hacerse inequívoca con ayuda de otra señal. Esta señal adicional puede proceder de un sensor adicional en la cámara de combustión 2, que aclara esta correlación para las señales respectivas con correlación ambigua. Con este otro sensor en la cámara de combustión 2 se deposita otra curva característica con la que se puede determinar de manera unívoca la potencia de combustión 23 tal como se ha descrito anteriormente. If the condition for unambiguous correlation is not always fulfilled, the correlation can be made unambiguous with the help of another signal. This additional signal may come from an additional sensor in the combustion chamber 2, which clarifies this correlation for the respective signals with ambiguous correlation. With this other sensor in the combustion chamber 2, another characteristic curve is deposited with which the combustion power 23 can be determined unequivocally as described above.
Como tercer sensor se prefiere especialmente un sensor de suministro de aire 12 y/o un sensor de suministro de combustible. Si como sensor de suministro de aire 12 se utiliza la velocidad del ventilador o la posición de una compuerta de aire, la señal retroalimentada al conducto 15 puede utilizarse para aclarar la correlación inequívoca a pesar de sus imprecisiones descritas anteriormente. Dicha aclaración puede realizarse en particular si los valores de gas combustible con el mismo par de valores o similares están muy alejados. Ventajosamente, los valores de gas combustible con el mismo, o similar, par de valores medidos en los conductos 21, 22 no se encuentran dentro del rango de error de las influencias externas mencionadas. As a third sensor, an air supply sensor 12 and/or a fuel supply sensor is especially preferred. If the fan speed or the position of an air damper is used as the air supply sensor 12, the signal fed back to the duct 15 can be used to clarify the unambiguous correlation despite its inaccuracies described above. Such clarification can be made in particular if fuel gas values with the same or similar pair of values are very far apart. Advantageously, the fuel gas values with the same, or similar, pair of values measured in the ducts 21, 22 are not within the error range of the mentioned external influences.
Sin embargo, con el procedimiento y la disposición presentados, la potencia de combustión 23 y a partir de ella el suministro de aire 5 puede determinarse no solo a partir de las señales en los conductos 21, 22 de los sensores 19, 20 en la cámara de combustión 2. Del mismo modo, el procedimiento y la disposición presentados pueden utilizarse no sólo para determinar el suministro de combustible 6 para una mezcla fijamente predeterminada de un gas combustible. Con los medios presentados, el combustible, en particular el gas combustible, también se puede dosificar en la proporción correcta al suministro de aire 5. El requisito previo para ello es que el suministro de aire 5 y el suministro de combustible 6 puedan ajustarse libremente por medio de los respectivos actuadores 4, 9 para el aire y para el combustible. La FIG. 5 muestra el comportamiento de las señales a los conductos 21 y 22 por medio de la potencia de combustión 23. La FIG. 5 se refiere al caso en que la mezcla se vuelve demasiado pobre en relación con el factor de aire ajustado A, es decir, hay demasiado poco gas combustible en comparación con el valor nominal. Las curvas características 24 y 25 corresponden a las señales de los sensores en los conductos 21 y 22 para diferentes potencias de combustión 23 cuando la mezcla se ajusta de modo que se alcance el factor de aire nominal A<nom>. Si la mezcla se hace más pobre, se produce la curva característica 26 para el sensor 19 y la curva característica 27 para el sensor 20. Normalmente, el empobrecimiento desplaza la curva característica 24 hacia la curva característica 25 en otra cantidad que la curva característica 26 hacia la curva característica 27. However, with the presented procedure and arrangement, the combustion power 23 and from it the air supply 5 can be determined not only from the signals in the ducts 21, 22 of the sensors 19, 20 in the combustion chamber. combustion 2. Likewise, the presented procedure and arrangement can be used not only to determine the fuel supply 6 for a fixedly predetermined mixture of a fuel gas. With the presented means, the fuel, in particular the fuel gas, can also be metered in the correct proportion to the air supply 5. The prerequisite for this is that the air supply 5 and the fuel supply 6 can be freely adjusted by means of the respective actuators 4, 9 for air and fuel. FIG. 5 shows the behavior of the signals to the ducts 21 and 22 through the combustion power 23. FIG. 5 refers to the case where the mixture becomes too lean in relation to the set air factor A, i.e. there is too little fuel gas compared to the nominal value. The characteristic curves 24 and 25 correspond to the signals from the sensors in the ducts 21 and 22 for different combustion powers 23 when the mixture is adjusted so that the nominal air factor A<nom> is reached. If the mixture becomes leaner, characteristic curve 26 for sensor 19 and characteristic curve 27 for sensor 20 are produced. Typically, leaning shifts characteristic curve 24 towards characteristic curve 25 by a different amount than characteristic curve 26. towards characteristic curve 27.
En principio, para la corrección deseada del factor de aire A, en lugar de las curvas características 24 y 25 se pueden depositar dos superficies características como función de la potencia de combustión 23 sobre los respectivos valores de temperatura de los conductos 21 y 22 y respectivamente el factor de aire A. Entonces es posible determinar inequívocamente la potencia de combustión 23 y el factor de aire A. El requisito para ello es que para cada punto de la potencia de combustión 23 y el factor de aire A sobre todos los pares de puntos resultantes, el par de valores de señal de los conductos 21,22 se produzca sólo una vez en ambas superficies. Una vez determinado el par de puntos, la potencia de combustión actual 23 y el factor de aire actual A pueden correlacionarse directamente con el par de puntos. Los dos actuadores 4 y 9 pueden entonces ser corregidos para el valor nominal. In principle, for the desired correction of the air factor A, instead of the characteristic curves 24 and 25, two characteristic surfaces can be deposited as a function of the combustion power 23 on the respective temperature values of the ducts 21 and 22 and respectively the air factor A. Then it is possible to unambiguously determine the combustion power 23 and the air factor A. The requirement for this is that for each point the combustion power 23 and the air factor A over all pairs of points As a result, the signal value pair of conduits 21,22 occurs only once on both surfaces. Once the point pair is determined, the current combustion power 23 and the current air factor A can be directly correlated to the point pair. The two actuators 4 and 9 can then be corrected for the nominal value.
La condición de capacidad de determinación inequívoca que se ha mencionado para la corrección no siempre puede cumplirse para las dos superficies. Por lo tanto, a menudo es necesaria una tercera señal para determinar inequívocamente la potencia de combustión 23 y el factor de aire A. Esta tercera señal puede proceder de otro sensor de la cámara de combustión. Preferiblemente, sin embargo, es la señal de suministro de aire del conducto 14 o 15. Por ejemplo, la tercera señal puede proceder de la retroalimentación de la velocidad del ventilador de un sensor de velocidad del ventilador 12 en el ventilador o de la posición de una compuerta de aire. Del mismo modo, la tercera señal puede proceder de la posición de un actuador de combustible, en particular de la posición de una válvula de gas 9. Un posicionamiento de los sensores en la cámara de combustión que cumpla los requisitos para una correlación inequívoca de las señales con la potencia de combustión 23 y/o el factor de aire A en el rango de valores es mucho más fácil de lograr con la ayuda del valor adicional del tercer sensor. The condition of unambiguous determination that has been mentioned for the correction cannot always be fulfilled for both surfaces. A third signal is therefore often necessary to unambiguously determine the combustion power 23 and the air factor A. This third signal may come from another sensor in the combustion chamber. Preferably, however, it is the air supply signal from duct 14 or 15. For example, the third signal may come from fan speed feedback from a fan speed sensor 12 on the fan or from the position of an air gate. Likewise, the third signal can come from the position of a fuel actuator, in particular from the position of a gas valve 9. A positioning of the sensors in the combustion chamber that meets the requirements for an unambiguous correlation of the signals with combustion power 23 and/or air factor A in the value range is much easier to achieve with the help of the additional value of the third sensor.
Por consiguiente, la corrección de la potencia de combustión 23 y/o del factor de aire A tiene lugar si la mezcla es más rica que el factor de aire nominal A<nom>. Entonces, la curva característica correspondiente para la mezcla más rica se sitúa en el otro lado de la curva característica respectiva 24 o 25. Consequently, the correction of the combustion power 23 and/or the air factor A takes place if the mixture is richer than the nominal air factor A<nom>. The corresponding characteristic curve for the richer mixture then lies on the other side of the respective characteristic curve 24 or 25.
El depósito de dos superficies en el dispositivo de control y/o regulación 13 es costoso. Por lo tanto, en un enfoque preferido, sólo se depositan dos funciones 24, 25 de la potencia de combustión 23 en función de ambas señales de sensor 21, 22 de los sensores 19, 20. Las curvas características 24, 25 pueden depositarse cada una como un polinomio en función de varias señales de medición. Las curvas características 24, 25 también pueden depositarse como una secuencia de puntos en el dispositivo de control y/o regulación 13. Preferentemente, se realiza una interpolación lineal entre los puntos. Pueden añadirse señales de otros sensores en la cámara de combustión 2 y/o en el suministro de aire 5 y/o en el suministro de combustible 6 como, por ejemplo, un sensor de velocidad del ventilador 12. The deposit of two surfaces in the control and/or regulation device 13 is expensive. Therefore, in a preferred approach, only two functions 24, 25 of the combustion power 23 are deposited based on both sensor signals 21, 22 of the sensors 19, 20. The characteristic curves 24, 25 can each be deposited as a polynomial based on various measurement signals. The characteristic curves 24, 25 can also be deposited as a sequence of points in the control and/or regulation device 13. Preferably, a linear interpolation is carried out between the points. Signals from other sensors can be added in the combustion chamber 2 and/or in the air supply 5 and/or in the fuel supply 6, such as, for example, a fan speed sensor 12.
En una primera variante, el control se realiza manteniendo el suministro de aire 5 constante o casi constante por medio del actuador de aire 4. El suministro de combustible 6 se modifica mediante el actuador de combustible 9 hasta que una diferencia en los valores determinados de las potencias de combustión 23 de ambas curvas características 24, 25 se encuentre dentro de un valor umbral definido. In a first variant, the control is carried out by keeping the air supply 5 constant or almost constant by means of the air actuator 4. The fuel supply 6 is modified by the fuel actuator 9 until a difference in the determined values of the combustion powers 23 of both characteristic curves 24, 25 are within a defined threshold value.
En una segunda variante, el suministro de combustible 6 se mantiene constante o casi constante por medio del actuador de combustible 9. El suministro de aire 5 se modifica por medio del actuador de combustible 9. El suministro de aire 5 se modifica por medio del actuador de aire 4 hasta que una diferencia entre los valores determinados de las potencias de combustión 23 de ambas curvas características 24, 25 se encuentre dentro de un valor umbral definido. In a second variant, the fuel supply 6 is kept constant or almost constant by means of the fuel actuator 9. The air supply 5 is modified by means of the fuel actuator 9. The air supply 5 is modified by means of the actuator of air 4 until a difference between the determined values of the combustion powers 23 of both characteristic curves 24, 25 lies within a defined threshold value.
La dirección de ajuste se determina por medio de la diferencia entre las dos velocidades de combustión 23 determinadas, por ejemplo, detectando que la diferencia disminuye. Si, por ejemplo, se añaden más valores medidos de sensores, la suma de los valores de diferencia calculados, al cuadrado, se compara con el valor umbral especificado. Este procedimiento garantiza que el factor de aire real A<real>se encuentra en el factor de aire nominal A<nom>especificado según las curvas características 24, 25. En el siguiente paso se determina la potencia de combustión P<real>, por ejemplo, calculando la media aritmética de las dos potencias de combustión 23 determinadas con ayuda de las curvas características 24 y 25. A continuación se ajustan conjuntamente el actuador de aire 4 y al menos un actuador de combustible 7-9 hasta que se alcanza la potencia de combustión predeterminada P<nom>. El factor de aire A puede desviarse un poco debido al ajuste de la potencia de combustión. En este caso, el factor de aire A puede regularse de nuevo, como se ha descrito, ajustando al menos un actuador de combustible 7 - 9 o el actuador de aire 4 a la potencia de combustión deseada P<nom>. The direction of adjustment is determined by the difference between the two determined combustion rates 23, for example, detecting that the difference decreases. If, for example, more measured values from sensors are added, the sum of the calculated difference values, squared, is compared to the specified threshold value. This procedure ensures that the actual air factor A<real>is within the nominal air factor A<nom>specified according to characteristic curves 24, 25. In the next step the combustion power P<real> is determined, by For example, by calculating the arithmetic mean of the two combustion powers 23 determined with the help of the characteristic curves 24 and 25. The air actuator 4 and at least one fuel actuator 7-9 are then adjusted together until the power is reached. default combustion temperature P<nom>. The air factor A may deviate a little due to the adjustment of the combustion power. In this case, the air factor A can be regulated again, as described, by setting at least one fuel actuator 7 - 9 or the air actuator 4 to the desired combustion power P<nom>.
En una tercera variante, la potencia de combustión 23 y la proporción de aire A se regulan directamente ajustando ambos actuadores 4, 7 - 9. Al igual que en la primera y segunda variantes, el alcance del respectivo valor umbral para la diferencia de las potencias de combustión 23 se deposita como criterio en el control de circuito múltiple. In a third variant, the combustion power 23 and the air proportion A are regulated directly by adjusting both actuators 4, 7 - 9. As in the first and second variants, the reach of the respective threshold value for the difference in the powers Combustion valve 23 is deposited as a criterion in the multiple circuit control.
En las variantes anteriores, casi constante significa que el primer actuador se ajusta más lentamente que el segundo actuador. En consecuencia, siempre se pueden alcanzar los valores nominales para el factor de aire A<nom>y la potencia de combustión P<nom>. En la segunda variante, el al menos un actuador de combustible 7 - 9 se ajusta más lentamente que el actuador de aire 4. En la primera variante, el actuador de aire 4 se ajusta más lentamente que el al menos un actuador de combustible 7 - 9. Preferentemente, se selecciona una secuencia en la que se aprovecha la velocidad predeterminada y diferente de los actuadores 4 y 7 - 9. El al menos un actuador de combustible 7 - 9 con accionamiento por motor paso a paso es más rápido que el actuador de aire 4 con rueda de ventilador regulable por motor y momento de inercia correspondiente. Por lo tanto, con frecuencia se elige la variante uno. In the above variants, near-constant means that the first actuator adjusts more slowly than the second actuator. Consequently, the nominal values for the air factor A<nom>and the combustion power P<nom> can always be achieved. In the second variant, the at least one fuel actuator 7 - 9 adjusts more slowly than the air actuator 4. In the first variant, the air actuator 4 adjusts more slowly than the at least one fuel actuator 7 - 9. Preferably, a sequence is selected in which the predetermined and different speed of the actuators 4 and 7 - 9 is used. The at least one fuel actuator 7 - 9 with stepper motor drive is faster than the actuator air 4 with motor-adjustable fan wheel and corresponding moment of inertia. Therefore, variant one is often chosen.
El procedimiento presentado garantiza que durante un cambio de potencia de combustión se corrige primero el factor de aire A y sólo después la potencia de combustión 23. De este modo, incluso durante el cambio de potencia de combustión, el dispositivo de combustión 1 funciona siempre con el factor de aire correcto A<nom>. Por esta razón, las curvas características 24, 25 corresponden también a curvas características de la potencia de combustión 23 para los respectivos sensores 19, 20 con un factor de aire predeterminado A<nom>. El factor de aire nominal A<nom>tiene un trazado definido por las curvas características 24, 25 por la potencia de combustión 23 y es arbitrario en un amplio rango. Por ejemplo, el factor de aire nominal A<nom>puede tener una curva ascendente o descendente con la potencia de combustión 23. En una realización especial, el trazado del factor de aire nominal A<nom>es constante por la potencia de combustión 23. The presented procedure guarantees that during a change in combustion power the air factor A is corrected first and only then the combustion power 23. In this way, even during the change in combustion power, the combustion device 1 always operates with the correct air factor A<nom>. For this reason, the characteristic curves 24, 25 also correspond to combustion power characteristic curves 23 for the respective sensors 19, 20 with a predetermined air factor A<nom>. The nominal air factor A<nom>has a layout defined by the characteristic curves 24, 25 by the combustion power 23 and is arbitrary over a wide range. For example, the nominal air factor A<nom>may have an ascending or descending curve with the combustion power 23. In a special embodiment, the plot of the nominal air factor A<nom>is constant for the combustion power 23 .
En la FIG. 6, la curva característica 24 del primer sensor 19 se muestra en el valor del factor de aire nominal A<nom>y en el valor del factor de aire empobrecido 26. Además, la curva característica 25 del segundo sensor 20 se muestra en el valor nominal de factor de aire A<nom>y en el valor de factor de aire empobrecido 27. En particular, con una tercera señal de sensor, se puede conseguir de forma fiable con un trazado de este tipo una correlación inequívoca de las señales de sensor en los conductos 21 y 22 con el factor de aire A. Del mismo modo, se puede lograr una correlación unívoca con la potencia de combustión 23. La tercera señal de sensor puede ser, por ejemplo, una señal de retroalimentación de la velocidad del ventilador 4 a través del conducto 15. In FIG. 6, the characteristic curve 24 of the first sensor 19 is shown at the value of the nominal air factor A<nom>and at the value of the depleted air factor 26. Furthermore, the characteristic curve 25 of the second sensor 20 is shown at the value nominal air factor A<nom>and at the lean air factor value 27. In particular, with a third sensor signal, an unambiguous correlation of the sensor signals can be reliably achieved with such a plot in ducts 21 and 22 with the air factor A. Similarly, a one-to-one correlation with the combustion power 23 can be achieved. The third sensor signal can be, for example, a fan speed feedback signal 4 through conduit 15.
Durante un ajuste de la potencia de combustión 23 debido a una demanda de potencia de combustión modificada, el actuador de aire 4 puede desplazarse sobre una curva característica predeterminada de un sensor de suministro de aire 12. Por ejemplo, la curva característica predeterminada puede basarse en una retroalimentación de la velocidad de un ventilador o puede ser una curva característica de una retroalimentación de posición de una compuerta de aire. En la FIG 7, dicha curva característica 28 depositada en el dispositivo de control y/o regulación 13 se muestra por medio de la retroalimentación de la velocidad del ventilador 15 de un sensor de velocidad del ventilador 12 como curva característica de referencia. La curva característica 28 se refiere a una condición ambiental específica y/o bien definida. During an adjustment of the combustion power 23 due to a changed combustion power demand, the air actuator 4 can be moved along a predetermined characteristic curve of an air supply sensor 12. For example, the predetermined characteristic curve can be based on a fan speed feedback or it may be a characteristic curve of an air damper position feedback. In FIG 7, said characteristic curve 28 deposited in the control and/or regulation device 13 is shown by means of the fan speed feedback 15 from a fan speed sensor 12 as a reference characteristic curve. The characteristic curve 28 refers to a specific and/or well-defined environmental condition.
Para una señal de control a lo largo del conducto 14 del motor del ventilador o una posición de la compuerta de aire, así como para una señal de posición retroalimentada a lo largo del conducto 15, se aplica una señal similar para una condición de referencia. En este caso, la señal se ha linealizado previamente a partir de la señal de control o de una señal de posición retroalimentada al suministro de aire 5 mediante una curva característica depositada en el dispositivo de control y/o regulación 13. For a control signal along fan motor duct 14 or an air damper position, as well as for a feedback position signal along duct 15, a similar signal is applied for a reference condition. In this case, the signal has been previously linearized from the control signal or a position signal fed back to the air supply 5 by means of a characteristic curve deposited in the control and/or regulation device 13.
Una vez determinada la potencia de combustión actual 23 tras la corrección del factor de aire A, la curva característica 28 puede adaptarse a las condiciones ambientales actuales. Tales condiciones ambientales son, por ejemplo, la temperatura del aire y/o la presión del aire y/o el cambio en la trayectoria del aire de suministro/gas de escape. Para la velocidad del ventilador actualmente medida o la regulación de referencia, se sabe que el suministro de aire 5 es una función directa de la potencia de combustión 23. Una función directa significa que el suministro de aire 5 no depende de ningún otro argumento de la función que no sea la potencia de combustión 23. También se conoce el suministro que se ha determinado a partir de la curva característica 28. De este modo, el factor de corrección puede determinarse para el suministro de aire actual 5 como relación entre ambas señales. Dado que las curvas características de las señales de suministro de aire de referencia o de la señal de retroalimentación de la velocidad del ventilador pasan por el punto cero por medio del suministro de aire 5, la curva característica 28 puede corregirse con respecto a la curva característica 29. Cada valor de curva característica se multiplica por el factor de corrección determinado. Con la ayuda de este procedimiento, la potencia de combustión 23 y el suministro de aire 5 pueden ajustarse rápidamente mediante la curva característica 29 corregida. Mientras tanto, la corrección del suministro de aire 5 puede realizarse lentamente por medio de las curvas características 24, 25. De este modo, ambas operaciones están desacopladas entre sí. Las fluctuaciones de los valores medidos de la potencia de combustión 23 también pueden promediarse mediante un filtro de valor medio y, de este modo, la potencia de combustión 23 puede determinarse de forma estable. La potencia de combustión 23 también puede corregirse de este modo. La velocidad de cambio de la potencia de combustión no se ve afectada en este caso. Once the current combustion power 23 has been determined after correction of the air factor A, the characteristic curve 28 can be adapted to the current ambient conditions. Such environmental conditions are, for example, air temperature and/or air pressure and/or change in supply air/exhaust gas path. For the currently measured fan speed or reference regulation, it is known that the air supply 5 is a direct function of the combustion power 23. A direct function means that the air supply 5 does not depend on any other argument of the function other than the combustion power 23. The supply that has been determined from the characteristic curve 28 is also known. In this way, the correction factor can be determined for the current air supply 5 as a ratio between both signals. Since the characteristic curves of the reference air supply signals or the fan speed feedback signal pass through the zero point through the air supply 5, the characteristic curve 28 can be corrected with respect to the characteristic curve 29. Each characteristic curve value is multiplied by the determined correction factor. With the help of this procedure, the combustion power 23 and the air supply 5 can be quickly adjusted using the corrected characteristic curve 29. Meanwhile, the correction of the air supply 5 can be carried out slowly by means of the characteristic curves 24, 25. In this way, both operations are decoupled from each other. The fluctuations of the measured values of the combustion power 23 can also be averaged by a mean value filter and in this way the combustion power 23 can be stably determined. The combustion power 23 can also be corrected in this way. The rate of change of the combustion power is not affected in this case.
La curva característica sobre la que se desplaza el actuador de combustible 9 se muestra en la FIG 8. Dos curvas características de referencia 30, 31, que fueron determinadas para diferentes presiones y/o diferentes composiciones de gas combustible, están depositadas en el dispositivo de control y/o regulación 13. Las curvas características 30, 31 describen la señal de dosificación de gas por el suministro de aire 5, representada por el valor de señal corregido del suministro de aire 5 o la potencia de combustión 23. La señal de dosificación de gas representa el suministro de combustible y/o el suministro de gas. Las dos curvas características 30, 31 se determinaron en condiciones de referencia, es decir, para determinadas presiones de entrada y/o composiciones de gas combustible. La curva característica 30 se determinó con un combustible o gas combustible de alto poder calorífico y/o con una presión de entrada elevada. La curva característica 31 se determinó con un combustible o gas combustible de bajo poder calorífico y/o con una presión de entrada baja. En funcionamiento, se determina cuál es la relación actual entre el gas combustible y el aire desplazando las señales de los sensores 19, 20 en la cámara de combustión 2, como se ha descrito anteriormente. Las señales se desplazan a un par único de valores sobre ambas curvas características 24 y 25 cambiando el actuador de combustible 9 hasta este objetivo. The characteristic curve on which the fuel actuator 9 moves is shown in FIG 8. Two reference characteristic curves 30, 31, which were determined for different pressures and/or different compositions of fuel gas, are deposited in the device of control and/or regulation 13. The characteristic curves 30, 31 describe the gas dosing signal by the air supply 5, represented by the corrected signal value of the air supply 5 or the combustion power 23. The dosing signal gas represents fuel supply and/or gas supply. The two characteristic curves 30, 31 were determined under reference conditions, that is, for certain inlet pressures and/or fuel gas compositions. The characteristic curve 30 was determined with a fuel or fuel gas with a high calorific value and/or with a high inlet pressure. The characteristic curve 31 was determined with a fuel or fuel gas with a low calorific value and/or with a low inlet pressure. In operation, the current ratio between the fuel gas and air is determined by shifting the signals from the sensors 19, 20 in the combustion chamber 2, as described above. The signals are shifted to a single pair of values on both characteristic curves 24 and 25 by shifting the fuel actuator 9 to this target.
Con el suministro de combustible 6 actual corregido al suministro de aire 5 asociado, se puede determinar una relación utilizando la media ponderada. En esta relación se encuentra la señal de dosificación de combustible y/o la señal de dosificación de gas. La relación representa los parámetros actuales del combustible y/o los parámetros del gas, tales como la composición del gas combustible y/o la presión de entrada y/o la temperatura del gas combustible. Debido a que la misma relación se aplica a todas las señales de potencia de combustible para los mismos parámetros de combustible y/o parámetros de gas, se puede calcular la curva característica 32. Sobre la curva característica 32, el actuador de combustible 9 puede cambiar rápidamente su potencia de combustión 23 de acuerdo con los parámetros de combustible y/o parámetros de gas actuales. En particular, sobre la base de la curva característica 32, de acuerdo con los parámetros de combustible y/o parámetros de gas actuales, el actuador de combustible 9 puede cambiar rápidamente su posición. With the current fuel supply 6 corrected to the associated air supply 5, a ratio can be determined using the weighted average. In this relationship is the fuel dosing signal and/or the gas dosing signal. The ratio represents the current fuel parameters and/or gas parameters, such as fuel gas composition and/or inlet pressure and/or fuel gas temperature. Because the same relationship applies to all fuel power signals for the same fuel parameters and/or gas parameters, the characteristic curve 32 can be calculated. On the characteristic curve 32, the fuel actuator 9 can change quickly its combustion power 23 according to the current fuel parameters and/or gas parameters. In particular, based on the characteristic curve 32, according to the current fuel parameters and/or gas parameters, the fuel actuator 9 can quickly change its position.
Cuando cambia al menos un parámetro de combustible y/o un parámetro de gas, esto se consigue sobre la base de la corrección de la relación de ponderación mediante la adaptación de las señales del sensor en los conductos 21 y 22 a las curvas características 24, 25 como se ha descrito anteriormente. La nueva curva característica puede calcularse con el nuevo parámetro de ponderación. El procedimiento para calcular la curva característica corregida 32 para controlar el actuador de combustible 9 en el caso de diferentes parámetros de combustible y/o parámetros de gas corresponde al procedimiento descrito en el documento EP1154202B2. El procedimiento descrito también puede utilizarse para corregir un cambio en la composición del combustible o en la presión de entrada del gas, ya que estos parámetros tienen un efecto sobre el factor de aire A. El factor de aire A se regula mediante la adaptación a las curvas características 24, 25 como se ha descrito anteriormente. When at least one fuel parameter and/or one gas parameter changes, this is achieved on the basis of correcting the weighting ratio by adapting the sensor signals in the lines 21 and 22 to the characteristic curves 24, 25 as described above. The new characteristic curve can be calculated with the new weighting parameter. The procedure for calculating the corrected characteristic curve 32 for controlling the fuel actuator 9 in the case of different fuel parameters and/or gas parameters corresponds to the procedure described in document EP1154202B2. The described procedure can also be used to correct a change in fuel composition or gas inlet pressure, since these parameters have an effect on the air factor A. The air factor A is regulated by adaptation to the characteristic curves 24, 25 as described above.
Otra ventaja del procedimiento es que los dos sensores 19, 20 pueden utilizarse para vigilar la llama, por ejemplo, para detectar una rotura de llama. Para ello se utilizan las dos señales 21, 22 generadas por los sensores 19, 20 para detectar la presencia de una llama, además de controlar el factor de aire A y la potencia de combustión 23. Another advantage of the method is that the two sensors 19, 20 can be used to monitor the flame, for example to detect a flame break. To do this, the two signals 21, 22 generated by the sensors 19, 20 are used to detect the presence of a flame, in addition to controlling the air factor A and the combustion power 23.
Así, al menos una señal 21 o 22 puede ser evaluada para ver si cae por debajo de un valor umbral. Los valores umbral pueden seleccionarse de forma diferente para la señal del sensor 21 que para la señal del sensor 22. Si el valor umbral respectivo está por debajo, la temperatura es tan baja, por ejemplo, que una llama ya no puede arder. Se genera una señal con la que se cierran las válvulas de cierre de seguridad 8, 9 por medio de los conductos 16, 17 para que no pueda escapar combustible inflamable sin quemar. En otra variante se forma la diferencia entre las dos señales 21 y 22, para lo cual hay que tener cuidado de que ambas señales no tengan el mismo valor de temperatura durante el funcionamiento. Si se apaga la llama, ambas temperaturas se igualan rápidamente. Si la diferencia entre las dos señales cae por debajo de un valor umbral predefinido, esto se detecta como una pérdida de llama. Se garantiza que las válvulas de cierre de seguridad 8, 9 estén cerradas. Thus, at least one signal 21 or 22 can be evaluated to see if it falls below a threshold value. The threshold values can be selected differently for the signal from the sensor 21 than for the signal from the sensor 22. If the respective threshold value is below, the temperature is so low, for example, that a flame can no longer burn. A signal is generated with which the safety shut-off valves 8, 9 are closed via the pipes 16, 17 so that unburned flammable fuel cannot escape. In another variant, the difference is formed between the two signals 21 and 22, for which care must be taken that both signals do not have the same temperature value during operation. If the flame goes out, both temperatures quickly equalize. If the difference between the two signals falls below a predefined threshold value, this is detected as a flame loss. It is ensured that the safety shut-off valves 8, 9 are closed.
Lo anterior se refiere a formas de realización individuales de la divulgación. The above refers to individual embodiments of the disclosure.
Se puede realizar una amplia variedad de modificaciones sin salir del ámbito de protección de las reivindicaciones siguientes. A wide variety of modifications can be made without departing from the scope of protection of the following claims.
Signos de referencia Reference signs
1: Dispositivo de combustión 1: Combustion device
2: Cámara de combustión 2: Combustion chamber
3: Quemador 3: Burner
4: Ventilador 4: Fan
5: Suministro de aire 5: Air supply
6: Suministro de combustible 6: Fuel supply
7: Válvula de cierre de seguridad 7: Safety shut-off valve
8: Válvula de cierre de seguridad 8: Safety shut-off valve
9: Válvula dosificadora de combustible, en particular válvula dosificadora de gas combustible 10: Canal de gases de escape 9: Fuel metering valve, in particular fuel gas metering valve 10: Exhaust gas channel
11: Señal de suministro de aire 11: Air supply signal
12: Sensor de suministro de aire, por ejemplo, sensor de velocidad del ventilador 12: Air supply sensor, e.g. fan speed sensor
13: Dispositivo de regulación y/o control 13: Regulation and/or control device
14: Conducto para la señal de control del ventilador 14: Duct for fan control signal
15: Conducto para la retroalimentación del suministro de aire, por ejemplo, conducto de retroalimentación de la velocidad del ventilador 15: Air supply feedback duct, e.g. fan speed feedback duct
16: Conducto para la señal de control de una válvula de cierre de seguridad 16: Conduit for the control signal of a safety shut-off valve
17: Conducto para la señal de control de una válvula de cierre de seguridad 17: Conduit for the control signal of a safety shut-off valve
18: Conducto para la señal de control de una válvula dosificadora de combustible 18: Conduit for the control signal of a fuel metering valve
19: Primer sensor en la cámara de combustión 19: First sensor in the combustion chamber
20: Primer sensor en la cámara de combustión 20: First sensor in the combustion chamber
21: Conducto para la señal de medición del primer sensor de la cámara de combustión y señal de este conducto 22: Conducto para la señal de medición del segundo sensor en la cámara de combustión y señal de este conducto 23: Potencia de combustión 21: Pipe for the measurement signal of the first sensor in the combustion chamber and signal from this pipe 22: Pipe for the measurement signal from the second sensor in the combustion chamber and signal from this pipe 23: Combustion power
24: Curva característica de la potencia de combustión por medio de la señal medida del primer sensor en la cámara de combustión 24: Characteristic curve of the combustion power by means of the measured signal of the first sensor in the combustion chamber
25: Curva característica de la potencia de combustión por medio de la señal medida del segundo sensor en la cámara de combustión 25: Characteristic curve of the combustion power by means of the measured signal of the second sensor in the combustion chamber
26: Curva característica de la potencia de combustión por medio de la señal medida del primer sensor en la cámara de combustión en caso de mezcla empobrecida 26: Characteristic curve of the combustion power by means of the measured signal of the first sensor in the combustion chamber in case of lean mixture
27: Curva característica de la potencia de combustión por medio de la señal medida del segundo sensor en la cámara de combustión con mezcla empobrecida. 27: Characteristic curve of the combustion power by means of the signal measured from the second sensor in the combustion chamber with lean mixture.
28: Curva característica de la señal del sensor de aire antes de cambiar el recorrido de los gases de escape para la modulación 28: Characteristic curve of the air sensor signal before changing the exhaust gas path for modulation
29: Curva característica de la señal del sensor de aire después de cambiar el recorrido de los gases de escape para la modulación 29: Characteristic curve of the air sensor signal after changing the exhaust gas path for modulation
30: Curva característica del suministro de combustible mediante el control de combustible para un combustible de alto poder calorífico, en particular un gas combustible de alto poder calorífico, y/o una presión de entrada elevada. 30: Characteristic curve of fuel supply by fuel control for a high calorific value fuel, in particular a high calorific fuel gas, and/or a high inlet pressure.
31: Curva característica del suministro de combustible mediante control de combustible para un combustible de bajo poder calorífico, en particular un gas combustible de bajo poder calorífico, y/o una presión de entrada baja. 31: Characteristic curve of fuel supply by fuel control for a low calorific value fuel, in particular a low calorific fuel gas, and/or a low inlet pressure.
32: Curva característica determinada por el dispositivo de combustión para adaptarse a los parámetros actuales del combustible y/o a los parámetros del gas combustible para la modulación. 32: Characteristic curve determined by the combustion device to adapt to the current fuel parameters and/or the fuel gas parameters for modulation.
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