FR2515314A1 - Control for gas boiler - has circuit based on pressure detectors gas pipe and of air feed rate - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un procédé et une installation pour réguler le fonctionnement d'une chaudière à gaz, notamment une oliaudière à gaz équipée d'un laveur pour 1'air comburant. The present invention relates to a method and an installation for regulating the operation of a gas boiler, in particular a gas oliaudiere equipped with a washer for the combustion air.
I1 existe un dispositif permettant de régler la proportion gaz/air en mesurant le débit d'air pour régler l'adjonction de la quantité ou du débit de gaz approprié. There is a device for adjusting the gas / air proportion by measuring the air flow to adjust the addition of the appropriate quantity or flow of gas.
Cette régulation se fait en utilisant la pression de l'air au niveau du bruleur, la pression de gaz et la pression dans le foyer. Ces trois pressions sont appliquées à deux chambres situées de part et d'autre de deux membranes déformables solidaires en mouvement, la chambre intermédiaire entre ces deux membranes recevant la pression du foyer. This regulation is done using air pressure at the burner, gas pressure and pressure in the fireplace. These three pressures are applied to two chambers located on either side of two deformable membranes integral in movement, the intermediate chamber between these two membranes receiving pressure from the hearth.
A l'aide du déplacement solidaire des deux membranes, on commande le servo-moteur qui agit sur la vanne réglant le débit de gaz. Using the integral displacement of the two membranes, the servo motor is controlled, which acts on the valve regulating the gas flow.
Dans cette installation, le débit d'air est réglé à l'aide d'un thermostat détectant la température ambiante ou la température extérieure, ou tout autre système déterminant la puissance de fonctionnement, suivant les systèmes de commande de la chaudière, pour agir sur le servo-moteur commandant la position du papillon. In this installation, the air flow is adjusted using a thermostat detecting the ambient temperature or the outside temperature, or any other system determining the operating power, depending on the boiler control systems, to act on the servo motor controlling the throttle position.
Ce système de régulation présente un certain nombre d'inconvénients et, en particulier, il ne tient pas compte pour le débit d'air, des pertes de charges qui se produisent dans la conduite, dans le brûleur, etc. Or, ces pertes de charges sont très variables pour un même débit d'air sec suivant les installations en particulier lorsque l'air comburant doit traverser un laveur dans le cas de chaudières à condensation. This regulation system has a certain number of drawbacks and, in particular, it does not take into account, for the air flow, pressure drops which occur in the pipe, in the burner, etc. However, these pressure drops are very variable for the same dry air flow rate depending on the installations, in particular when the combustion air must pass through a washer in the case of condensing boilers.
La présente invention a pour but de créer un procédé et une installation de régulation du rapport gaz/air comburant du mélange combustible alimentant une chaudière à gaz, et notamment une chaudière à gaz comportant un laveur. The object of the present invention is to create a method and an installation for regulating the oxidizing gas / air ratio of the fuel mixture supplying a gas boiler, and in particular a gas boiler comprising a washer.
A cet effet, l'invention concerne un procédé de régulation du fonctionnement d'une chaudière à gaz, comporta une alimentation en air comburant, munie d'une vanne de réglage de débit d'air, cette vanne étant positionnée par un moyen d'entraînement, une alimentation en gaz munie d'une vanne de réglage de débit, cette vanne étant munie d'un moyen d'entra;- nement, procédé caractérisé en ce que l'on mesure le débit d'ai avant l'entrée de l'air dans la chaudière, on mesure le débit de gaz avant l'entrée dans le brûleur et on asservit les moyens d'entraînement des vannes de réglage de débit de l'alimentation en air et de l'alimentation en gaz, pour obtenir au niveau du brûleur un mélange gaz/air correspondant aux conditions de fonctionnement optimales. To this end, the invention relates to a method for regulating the operation of a gas boiler, comprising a combustion air supply, provided with an air flow adjustment valve, this valve being positioned by a means of drive, a gas supply provided with a flow control valve, this valve being provided with a drive means; - ment, process characterized in that the air flow rate is measured before the entry of the air in the boiler, the gas flow rate is measured before entering the burner and the drive means of the flow control valves for the air supply and the gas supply are controlled to obtain at the burner, a gas / air mixture corresponding to optimal operating conditions.
Grâce à la mesure du débit d'air avant l'entrée dans la chaudière, on peut régler, de façon précise, le rapport gaz/air pour obtenir une combustion optimale. Thanks to the measurement of the air flow before entering the boiler, the gas / air ratio can be precisely adjusted to obtain optimal combustion.
En effet, le réglage du rapport gaz/air dépend d'un certain nombre de paramètres connus, tels que les paramètres physico-chimiques de l'air comburant, ceux du gaz, etc. Indeed, the adjustment of the gas / air ratio depends on a certain number of known parameters, such as the physico-chemical parameters of the combustion air, those of the gas, etc.
Grâce à l'invention, on fait abstraction des pertes de charge au niveau du brûleur et dans la tuyauterie. Thanks to the invention, we ignore the pressure losses at the burner and in the piping.
Cette situation est particulièrement critique dans le cas de chaudières à gaz dites à condensation", c' est-à-dire de chaudières dans lesquelles la veine d'air comburant traverse un laveur avant d'être mélangée au gaz combustible dans le brûleur. This situation is particularly critical in the case of so-called condensing gas boilers ", that is to say of boilers in which the stream of combustion air passes through a washer before being mixed with the combustible gas in the burner.
En effet, un laveur présente des pertes de charge qu'il est très difficile de déterminer et, surtout, des pertes de charge qui ne sont pas constantes dans le temps. Ces pertes de charge dépendent de la disposition des éléments constituant la garniture, des chemins préférentiels de la quantité de liquide de lavage (eau), de la forme des éléments-de garniture conditionnant l'état d'écoulement du liquide de lavage, etc.Indeed, a washer has pressure drops which are very difficult to determine and, above all, pressure drops which are not constant over time. These pressure drops depend on the arrangement of the elements constituting the lining, the preferred paths of the quantity of washing liquid (water), on the shape of the lining elements conditioning the flow state of the washing liquid, etc.
En mesurant le débit d'air en amont du laveur, on fait abstraction de ces différents paramètres, et on peut régler, de façon précise, le rapport gaz/air. By measuring the air flow upstream of the washer, these various parameters are disregarded, and the gas / air ratio can be adjusted precisely.
L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, cette installation étant caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de régulation du rapport gaz/air, ce dispositif étant constitué par deux groupes de chambres séparées respectivement par une cloison mobile, les deux premières chambres étant associées à un dispositif de détection-de débit de gaz comportant deux prises de pression placées de part et d'autre d'un obstacle dans la conduite de gaz, les deux autres chambres étant associées à un détecteur de débit d'air, comportant un obstacle et deux prises d'air respectivement en amont et en aval (ou sur) l'obstacle, les deux cloisons mobiles étant solidaires en mouvement pour commander un générateur de signaux fournissant les signaux de commande aux moyens d'entraînement des vannes de débit pour régler la proportion gaz/air. The invention also relates to an installation for implementing the above method, this installation being characterized in that it comprises a device for regulating the gas / air ratio, this device being constituted by two groups of chambers separated respectively by a movable partition, the first two chambers being associated with a gas flow detection-device comprising two pressure taps placed on either side of an obstacle in the gas line, the other two chambers being associated with a air flow detector, comprising an obstacle and two air intakes respectively upstream and downstream (or over) the obstacle, the two movable partitions being integral in movement to control a signal generator supplying the control signals to flow valve drive means for adjusting the gas / air ratio.
I1 est particulièrement avantageux de mesurer le débit de gaz ou d'air comburant à l'aide d'un détecteur de débit constitué par un obstacle placé dans la conduite, et de deux prises de pression respectivement en amont et en aval (ou sur) l'obstacle. Cet obstacle peut avantageusement être constitué par un venturi. Dans le cas d'un venturi, une prise de pression est prévue au col et l'autre est indifféremment en amont ou en aval du venturi. It is particularly advantageous to measure the flow of gas or of combustion air using a flow detector constituted by an obstacle placed in the pipe, and two pressure taps respectively upstream and downstream (or on) the obstacle. This obstacle can advantageously be constituted by a venturi. In the case of a venturi, a pressure tap is provided at the neck and the other is either upstream or downstream of the venturi.
De façon générale, le réglage de-la combustion, selon l'invention, permet de régler la puissance de la chaudière en agissant simplement sur le débit-d'un fluide (air ou gaz) puisque, nécessairement, le débit de l'autre fluide (gaz ou air) se règle au rapport optimum. I1 s'agit là d'une commande particulièrement efficace d'une chaudière parce que ce procédé et-cette installation de régulation présentent un fonctionnement trs-souple, sans grande inertie de fonctionnement. In general, the combustion adjustment according to the invention makes it possible to adjust the power of the boiler by simply acting on the flow rate of a fluid (air or gas) since, necessarily, the flow rate of the other fluid (gas or air) is adjusted to the optimum ratio. This is a particularly effective control of a boiler because this process and this regulation installation exhibit very flexible operation, without great operating inertia.
La figure représente un-exemple-d'installation dans laquelle le débit de gaz est asservi en fonction du débit d'air. The figure shows an example-installation in which the gas flow is controlled as a function of the air flow.
Selon la figure 1, l'installation pour la mise en oeuvre du procédé de régulation du fonctionnement d'une chaudière à gaz se compose de façon générale d'une alimentation en gaz 1, munie d'une vanne 2 de réglage de débit. La conduite-d1alimentation en-gaz 1 débouche dans la conduite 3 de l'alimentation en air comburant, au niveau de l'entrée dans la chaudière 4. La vanne de réglage de débit 2 est commandée par un moyen d'entraînement 5 tel qu'un moteur. According to FIG. 1, the installation for implementing the process for regulating the operation of a gas boiler generally consists of a gas supply 1, provided with a valve 2 for adjusting the flow rate. The gas supply line 1 opens into line 3 of the combustion air supply, at the inlet to the boiler 4. The flow control valve 2 is controlled by a drive means 5 such that 'a motor.
L'alimentation en air comburant se compose par exemple d'un ventilateur 6, qui fournit l'air comburant à la conduite d'alimentation en air comburant 3. Cette conduite 3 est équipée-d'une vanne réglable 7 commandée par un moyen d'entraînement 8 tel qu'un moteur. The combustion air supply consists for example of a fan 6, which supplies the combustion air to the combustion air supply pipe 3. This pipe 3 is equipped with an adjustable valve 7 controlled by a means of drive 8 such as a motor.
-Généralement, la conduite de gaz 2 débouche dans la conduite d'alimentation en air 3, à l'entrée de la chaudière, c'est-à-dire peu avant le bruleur non représenté. -Generally, the gas line 2 opens into the air supply line 3, at the inlet of the boiler, that is to say shortly before the burner, not shown.
Les gaz de combustion de la chaudière 4 passent dans un échangeur de chaleur 9, dont le circuit de fluide caloporteur 10 alimente l'utilisateur 11. The combustion gases from the boiler 4 pass through a heat exchanger 9, the heat transfer fluid circuit 10 of which feeds the user 11.
Une chaudière à gaz telle que celle ci-dessus s utilise par exemple pour le chauffage des immeubles. A gas boiler such as the one above is used for example for heating buildings.
Selon l'invention, la conduite d'alimentation en gaz 1 comporte un capteur de différence de pressions 12 constitué par exemple par un obstacle 13 et de prises de pression 14, 15 respectivement en amont et en aval de l'obstacle 13. L'obstacle peut être: un obstacle habituel créant une perte de charge. I1 peut également s'agir d'un venturi auquel cas la prise de pression 14 débouche en amont du venturi alors que la prise de pression 15 débouche dans le col du venturi. According to the invention, the gas supply pipe 1 comprises a pressure difference sensor 12 constituted for example by an obstacle 13 and pressure taps 14, 15 respectively upstream and downstream of the obstacle 13. The obstacle can be: a usual obstacle creating a pressure drop. I1 can also be a venturi in which case the pressure tap 14 opens upstream of the venturi while the pressure tap 15 opens into the neck of the venturi.
De la même manière, la conduite 3 d'alimentation en air comburant cpmporte avant l'entrée dans la chaudière 4, un détecteur de différence de pression 16 formé d'un obstacle 17 créant une perte de charge ainsi que deux prises de pression 18, 19 qui. sont en amont et en aval de l'obstacle 17. Dans la figure 1, l'obstacle est constitué par un venturi si bien que la prise de pression 18 est prévue en amont du venturi 17 alors que la prise de pression 19 est au col du venturi 17. In the same way, the pipe 3 for supplying combustion air cpmporte before entering the boiler 4, a pressure difference detector 16 formed of an obstacle 17 creating a pressure drop as well as two pressure taps 18, 19 who. are upstream and downstream of the obstacle 17. In FIG. 1, the obstacle consists of a venturi so that the pressure tap 18 is provided upstream of the venturi 17 while the pressure tap 19 is at the neck venturi 17.
Les détecteurs de pression 12, 16 coopèrent avec un régulateur de débit 20 ayant deux volumes intérieurs séparés par une cloison 21. L'un des volumes associé au détecteur de débit de gaz est subdivisé par la cloison 22 en deux chambres 23, 24 alors que l'autre volume associé au détecteur de débit d'air 16 est subdivisé par la cloison 25 en deux chambres 26, 27. The pressure detectors 12, 16 cooperate with a flow regulator 20 having two interior volumes separated by a partition 21. One of the volumes associated with the gas flow detector is subdivided by the partition 22 into two chambers 23, 24 while the other volume associated with the air flow detector 16 is subdivided by the partition 25 into two chambers 26, 27.
La prise de pression. 14 est reliée par une conduite 28 à la chambre 23, la prise de pression 15 est reliée par une conduite 29 à la chambre 24. De même, la prise de pression 18 est reliée par une conduite 30 à la chambre 26 et la prise de pression 19 est reliée par une conduite 31 à la chambre 27. The pressure tap. 14 is connected by a pipe 28 to the chamber 23, the pressure tap 15 is connected by a pipe 29 to the chamber 24. Likewise, the pressure tap 18 is connected by a pipe 30 to the chamber 26 and the pressure tap pressure 19 is connected by a pipe 31 to the chamber 27.
Les parois déformables 22, 25 qui sont, par exemple, constituées par des pistons reliés par une membrane étanche à la périphérie du régulateur 20, sont reliées par une tringle 32, rigide, traversant par le joint étanche 33 la cloison 21. Cette tringle 32 est elle-même reliée à une tringle 34 qui est associée à un générateur de signaux 35 qui commande les moteurs 5 et 8 par les lignes 36, 37 en fonction du rapport gaz/air, détecté par les détecteurs de débit 12, 16 et le dispositif de régulation 20, pour commander l'ouver- ture ou la fermeture des vannes 2, 7 et régler le rapport optimum. The deformable walls 22, 25 which are, for example, constituted by pistons connected by a waterproof membrane at the periphery of the regulator 20, are connected by a rod 32, rigid, passing through the waterproof seal 33 the partition 21. This rod 32 is itself connected to a rod 34 which is associated with a signal generator 35 which controls the motors 5 and 8 by the lines 36, 37 according to the gas / air ratio, detected by the flow detectors 12, 16 and the regulating device 20, for controlling the opening or closing of the valves 2, 7 and adjusting the optimum ratio.
La figure 2 montre la même installation de régulation du fonctionnement d'une chaudière à gaz, appliquée toutefois à une chaudière équipée d'un laveur. Figure 2 shows the same installation regulating the operation of a gas boiler, however applied to a boiler equipped with a washer.
Les éléments de cette figure identiques à ceux de la figure 1, portent les mêmes références et leur description ne sera pas reprise. The elements of this figure identical to those of Figure 1, have the same references and their description will not be repeated.
Selon la figure 2, la chaudière 4 est précédée d'un laveur 40 contenant une garniture 41 et comportant un circuit 42 de mise en circulation du liquide de lavage (eau) par une pompe 43. According to FIG. 2, the boiler 4 is preceded by a washer 40 containing a lining 41 and comprising a circuit 42 for circulating the washing liquid (water) by a pump 43.
La conduite d'alimentation en air 3, débouche à la base 44 dans le laveur 40 et en sort par le haut, par une conduite 45 qui débouche, par exemple, dans la partie supérieure de la chaudière 4. La conduite de gaz 1 débouche dans la conduite d'air comburant 45 après le laveur 4. The air supply pipe 3 opens at the base 44 into the washer 40 and exits from above, via a pipe 45 which opens, for example, in the upper part of the boiler 4. The gas pipe 1 opens in the combustion air line 45 after the washer 4.
Comme indiqué de façon générale ci-dessus, pour avoir une mesure précise du débit d'air et, par suite, pouvoir régler de façon optimale le rapport gaz/air comburant dans le brûleur de la chaudière 4, la détection du débit d'air se fait en amont du laveur 40. As indicated generally above, to have an accurate measurement of the air flow and, consequently, to be able to optimally adjust the gas / combustion air ratio in the burner of the boiler 4, the detection of the air flow is done upstream of the washer 40.
La figure 3 montre une variante d'un dispositif de régulation selon l'invention. Dans cette variante, on a utilisé les mêmes références que ci-dessus pour désigner les mêmes éléments dont la description ne sera pas reprise. Cette variante de dispositif de régulation se distingue du précédent mode de réalisation selon les figures 1 et 2 par le dédoublement de la cloison 21 qui est remplacée par la cloison 21' et la cloison 21" formant entre elles une chambre 50 qui est soit reliée à-l'air libre, soit munie d'un manomètre ou d'un manostat de sécurité 51 pour détecter les surpressions. I1 convient en effet d'éviter le passage du gaz dans l'air, ou l'effet des fuites, risquant de former un mélange détonant. FIG. 3 shows a variant of a regulation device according to the invention. In this variant, the same references have been used as above to designate the same elements, the description of which will not be repeated. This variant of the regulation device differs from the previous embodiment according to FIGS. 1 and 2 by the splitting of the partition 21 which is replaced by the partition 21 'and the partition 21 "forming between them a chamber 50 which is either connected to - the free air, either fitted with a pressure gauge or a safety pressure switch 51 to detect overpressures, it is advisable to avoid the passage of gas in the air, or the effect of leaks, risking form an explosive mixture.
Dans le cas d'un gaz à faible pression (par exemple 20 millibars) il est nécessaire de détecter le débit de gaz tel que débit ci-dessus alors que pour une alimentation en gaz à forte pression (par exemple 300 millibars) les variations de pertes de charge sur la ligne gaz et l'accroche flammes du brûleur sont relativement moins sensibles ; dans ce cas, il peut suffire de détecter la pression de gaz et la pression du foyer (ou la pression atmosphérique) pour représenter significativement le débit. Dans ce dernier, la prise de pression du gaz doit être située en aval de la vanne de réglage de gaz. In the case of a gas at low pressure (for example 20 millibars) it is necessary to detect the flow of gas such as flow above while for a supply of gas at high pressure (for example 300 millibars) the variations of pressure losses on the gas line and the flame attachment of the burner are relatively less sensitive; in this case, it may be sufficient to detect the gas pressure and the pressure of the hearth (or atmospheric pressure) to significantly represent the flow rate. In the latter, the gas pressure tap must be located downstream of the gas control valve.
De façon générale, les laveurs utilisés dans l'installation de chauffage peuvent être des laveurs tels que ceux décrits aux demandes de brevets français NO 79 00 901 et 81 12 770. Il peut également s'agir d'échangeurs. Generally, the scrubbers used in the heating installation can be scrubbers such as those described in French patent applications NO 79 00 901 and 81 12 770. They can also be exchangers.
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