IT9021598A1 - PROCEDURE AND CONTROL DEVICE FOR THE FUEL / FUEL RATIO, IN PARTICULAR FOR BOILERS. - Google Patents
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Description
D E S C R I Z I O N E DESCRIPTION
annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE dal titolo: attached to a patent application for INDUSTRIAL INVENTION entitled:
"PROCEDIMENTO E DISPOSITIVO DI CONTROLLO DEL RAPPORTO COMBURENTE/COMBUSTIBILE, PARTICOLARMENTE PER CALDAIE" "PROCEDURE AND DEVICE FOR CHECKING THE COMBUSTION / FUEL RATIO, PARTICULARLY FOR BOILERS"
R I A S S U N T O SUMMARY
Viene previsto un procedimento consistente nel prelevare un segnale di modulazione da un ventilatore di aspirazione dell'aria comburente proporzionale alla velocità di rotazione dello stesso e nel trasformare il segnale di modulazione in un segnale elettrico di comando di un gruppo di regolazione della portata del combustibile. A method is provided which consists in taking a modulation signal from a combustion air intake fan proportional to the rotation speed of the same and in transforming the modulation signal into an electrical command signal of a fuel flow rate control unit.
Viene inoltre previsto un dispositivo comprendente un gruppo generatore del segnale di modulazione comandato da un motore elettrico azionante il ventilatore di aspirazione dell’aria comburente e mezzi di trasmissione e di elaborazione del segnale di modulazione per la trasformazione di quest'ultimo nel segnale di comando del gruppo di regolazione della portata del combustibile. A device is also provided comprising a generator unit for the modulation signal controlled by an electric motor driving the combustion air intake fan and means for transmitting and processing the modulation signal for its transformation into the control signal of the fuel flow regulation unit.
D E S C R I Z I O N E DESCRIPTION
La presente invenzione ha per oggetto un procedimento e un dispositivo di controllo del rapporto comburente/combustibile, particolarmente per caldaie. Come è noto, attualmente negli apparati di produzione di calore di ridotta potenzialità termica, quali ad esempio caldaie murali, caldaie a terra e piccoli bruciatori premiscelati e ad aria soffiata, la regolazione del calore prodotto in funzione delle effettive richieste dell’utente viene generalmente effettuata intervenendo sulla pressione del combustibile, ad esempio gas, al bruciatore e di conseguenza sulla portata dello stesso. The present invention relates to a process and a device for controlling the comburent / fuel ratio, particularly for boilers. As is known, currently in heat production apparatuses with reduced thermal potential, such as for example wall-hung boilers, floor-mounted boilers and small premixed and blown air burners, the regulation of the heat produced according to the actual requests of the user is generally carried out acting on the pressure of the fuel, for example gas, to the burner and consequently on the flow rate of the same.
Per mantenere un rendimento elevato della combustione e contenere la produzione di gas nocivi è necessario conseguentemente intervenire anche sulla portata del comburente, cioè dell'aria, in modo che il rapporto comburente/combustibile risulti il più possibile corrispondente al valore valutato come ottimale. To maintain a high combustion efficiency and limit the production of harmful gases, it is consequently necessary to intervene also on the flow rate of the comburent, that is, of the air, so that the comburent / fuel ratio corresponds as much as possible to the value evaluated as optimal.
Ad esempio,, nelle caldaie di tipo murale sono previsti un circuito combustibile normalmente dotato di un gruppo di regolazione della portata di combustibile, un circuito comburente comprendente una bocchetta di aspirazione dell'aria, ed un circuito fumi consecutivo al circuito comburente e comprendente una camera di combustione, uno scambiatore del calore dei fumi con l'acqua da riscaldare, un convogliatore e tubi di scarico, in corrispondenza dei quali è generalmente disposto un ventilatore, azionato da un motore elettrico, che svolge sia la funzione di aspirazione dell'aria comburente che di espulsione dei fumi dei gas combusti. For example, wall-mounted boilers are provided with a fuel circuit normally equipped with a fuel flow control unit, a combustion circuit comprising an air intake vent, and a flue circuit consecutive to the combustion circuit and comprising a chamber flue gas heat exchanger with the water to be heated, a conveyor and exhaust pipes, in correspondence with which a fan is generally arranged, driven by an electric motor, which performs both the function of aspirating the combustion air that of expulsion of the fumes of the burnt gases.
La variazione della portata dell'aria viene effettuata, in relazione alla quantità di calore da produrre, intervenendo sulla velocità di rotazione del ventilatore mediante mezzi noti, ad esempio di tipo elettronico, mentre la conseguente variazione di portata del combustibile nel circuito combustibile viene realizzata utilizzando dispositivi di controllo di tipo pneumatico-meccanico. The variation of the air flow rate is carried out, in relation to the quantity of heat to be produced, by intervening on the rotation speed of the fan by means of known means, for example of the electronic type, while the consequent variation of the fuel flow rate in the fuel circuit is achieved by using pneumatic-mechanical control devices.
Tali dispositivi noti comprendono generalmente un tubo Venturi, o mezzi similari, solitamente posizionato nel condotto di aspirazione, atto a generare una depressione teoricamente proporzionale alla portata d'aria aspirata dal ventilatore e attivante una membrana che, a sua volta, interviene sul gruppo di regolazione della portata del combustibile definito da un regolatore di pressione, normalmente a molla. These known devices generally comprise a Venturi tube, or similar means, usually positioned in the suction duct, able to generate a depression theoretically proportional to the air flow sucked by the fan and activating a membrane which, in turn, intervenes on the regulation unit. of the fuel flow rate defined by a pressure regulator, normally with spring.
I dispositivi noti sopra descritti presentano importanti inconvenienti. The known devices described above have important drawbacks.
Infatti innanzitutto risultano di difficile messa a punto e taratura e realizzano regolazioni la cui precisione non è sempre del tutto soddisfacente. La messa a punto è resa difficile anche per il fatto che la densità dell'aria, e quindi la depressione da essa prodotta nel tubo Venturi, è soggetta a variare a seguito di variazioni di temperatura col procedere della combustione. In fact, first of all, they are difficult to set up and calibrate and make adjustments whose precision is not always completely satisfactory. Adjustment is also made difficult by the fact that the density of the air, and therefore the depression produced by it in the Venturi tube, is subject to vary as a result of temperature variations as combustion proceeds.
Si è già tentato di risolvere i citati inconvenienti utilizzando dispositivi elettronici di notevole complessità comprendenti sensori e mezzi di confronto sia della portata dell'aria comburente che del gas combustibile. Tuttavia questi ultimi dispositivi presentano costi estremamente elevati e quindi non sono convenientemente utilizzabili in caldaie di ridotta potenzialità termica. An attempt has already been made to solve the aforementioned drawbacks by using highly complex electronic devices comprising sensors and means for comparing both the combustion air and fuel gas flow rates. However, the latter devices have extremely high costs and therefore cannot be conveniently used in boilers with reduced thermal potential.
In questa situazione il compito tecnico posto alla base della presente invenzione è ideare un procedimento e un dispositivo di controllo del rapporto comburente—combustibile in grado di ovviare sostanzialmente agli inconvenienti citati. In this situation, the technical task underlying the present invention is to devise a process and a device for controlling the comburent-fuel ratio capable of substantially obviating the aforementioned drawbacks.
Nell'ambito dì questo compito tecnico è un importante scopo dell'invenzione realizzare un procedimento ed un dispositivo di controllo del rapporto comburente/combustibile estremamente preciso, affidabile, di elevata semplicità costruttiva e di costi produttivi contenuti. Within the scope of this technical task, an important object of the invention is to provide a method and a device for controlling the comburent / fuel ratio that are extremely precise, reliable, of high constructive simplicity and low production costs.
Non ultimo scopo dell'invenzione è mettere a disposizione almeno una specifica forma di esecuzione del trovato di per sè vantaggiosa e tale da configurare un progresso tecnico nello specifico settore. Not least object of the invention is to make available at least one specific embodiment of the invention which is advantageous in itself and such as to constitute technical progress in the specific sector.
Il compito tecnico accennato e gli scopi specificati, ed altri scopi ancora che meglio .appariranno in seguito, sono sostanzialmente raggiunti da un procedimento di controllo del rapporto comburente/combustibile, particolarmente per caldaie del tipo comprendente un circuito comburente ed un circuito fumi consecutivi e presentanti almeno un ventilatore comandato da un motore elettrico, ed un circuito combustibile comprendente un gruppo di regolazione della portata di combustibile, The aforementioned technical task and the specified aims, and still other objects which will appear better hereinafter, are substantially achieved by a process for controlling the comburent / fuel ratio, particularly for boilers of the type comprising a combustion circuit and a flue circuit which are consecutive and present at least one fan driven by an electric motor, and a fuel circuit comprising a fuel flow regulation unit,
caratterìzzato dal fatto di consistere nel: characterized by the fact that it consists of:
- prelevare un segnale di modulazione da detto ventilatore proporzionale alla sua velocità di rotazione, e - taking a modulation signal from said fan proportional to its rotation speed, e
- trasformare detto segnale di modulazione in un segnale elettrico di comando di detto gruppo di regolazione. - transforming said modulation signal into an electrical command signal of said regulating unit.
Il procedimento viene vantagglesamente realizzato da un dispositivo di controllo del rapporto comburente/combustibile, particolarmente per caldaie del tipo comprendente un circuito comburente ed un circuito fumi consecutivi e presentanti almeno un ventilatore comandato da un motore elettrico, ed un circuito combustibile comprendente un gruppo di regolazione della portata di combustibile, The process is advantageously carried out by a control device of the comburent / fuel ratio, particularly for boilers of the type comprising a combustion circuit and a consecutive flue gas circuit and having at least one fan controlled by an electric motor, and a fuel circuit comprising a regulating unit. the fuel flow rate,
caratterizzato dal fatto di comprendere: characterized by the fact of understanding:
- un gruppo generatore di un segnale di modulazione comandato da detto motore elettrico, detto segnale di modulazione essendo di tipo elettrico, e - a generator unit for a modulation signal controlled by said electric motor, said modulation signal being of the electric type, and
- mezzi di trasmissione ed elaborazione di detto segnale di modulazione disposti tra detto gruppo generatore e detto gruppo di regolazione ed atti a trasformare detto segnale di modulazione in un segnale elettrico di comando di detto gruppo di regolazione. - means for transmitting and processing said modulation signal arranged between said generator unit and said regulating assembly and able to transform said modulation signal into an electrical command signal of said regulating assembly.
La seguente descrizione di alcune forme di esecuzione preferite, ma non esclusive, di un dispositivo secondo l'invenzione viene data a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento agli uniti disegni, nei quali: The following description of some preferred, but not exclusive, embodiments of a device according to the invention is given by way of non-limiting example, with reference to the accompanying drawings, in which:
- la figura 1 mostra schematicamente una prima forma di esecuzione del dispositivo secondo l'invenzione, associato ad una caldaia murale; e Figure 1 schematically shows a first embodiment of the device according to the invention, associated with a wall-hung boiler; And
- la figura 2 illustra una seconda forma di esecuzione del dispositivo in oggetto, asssociato a detta caldaia. Figure 2 illustrates a second embodiment of the device in question, associated with said boiler.
Con riferimento alle figure, il procedimento secondo l'invenzione consiste nel prelevare un segnale di modulazione da un ventilatore previsto per With reference to the figures, the method according to the invention consists in taking a modulation signal from a fan provided for
l'aspirazione dell'aria comburente e per l'espulsione dei gas combusti e nel trasformare il detto segnale di modulazione in un segnale elettrico,di comando del gruppo di regolazione della portata del gas combustibile. the intake of the combustion air and for the expulsion of the burnt gases and in transforming said modulation signal into an electrical signal for controlling the fuel gas flow rate control unit.
Il procedimento secondo l'invenzione viene vantagglesamente realizzato da un dispositivo costituente anch'esso oggetto del presente brevetto. Con riferimento alle figure citate, il dispositivo di controllo del rapporto comburente/combustibile, particolarmente per caldaie, è indicato globalmente con il numero di contrassegno 1. Esso è inserito, ad esempio, in una caldaia murale di tipo stagno E comprendente un circuito comburente 3, un circuito fumi 4 ed un circuito combustibile 5. The process according to the invention is advantageously carried out by a device which is also the subject of this patent. With reference to the aforementioned figures, the control device of the comburent / fuel ratio, particularly for boilers, is globally indicated with the identification number 1. It is inserted, for example, in a wall-mounted boiler of the watertight type E comprising a comburent circuit 3 , a smoke circuit 4 and a fuel circuit 5.
Il circuito comburente 3 a sua volta comprende una bocchetta di aspirazione d'aria 6 ed un tubo di aspirazione 7 coassiale ad un tubo di scarico 8 del circuito fumi 4. Quest'ultimo comprende anche uno scambiatore di calore 9 per la cessione del calore dei fumi all'acqua che fluisce in tubi 10 di scambio termico, e una cappa o convogliatore 11 in comunicazione con il tubo di scarico 8. In corrispondenza di quest’ultimo è previsto un ventilatore 1S azionato da un motore elettrico 13. Il circuito combustibile 5 comprende un bruciatore 14 ed un gruppo di regolazione della portata 15 formato ad esempio da un convenzionale regolatore di pressione a molla, comandato da una bobina elettrica di modulazione 15a. The combustion circuit 3 in turn comprises an air intake opening 6 and an intake pipe 7 coaxial with an exhaust pipe 8 of the flue gas circuit 4. The latter also includes a heat exchanger 9 for transferring the heat of the fumes to the water flowing in heat exchange pipes 10, and a hood or conveyor 11 in communication with the discharge pipe 8. A fan 1S operated by an electric motor 13 is provided in correspondence with the latter. it comprises a burner 14 and a flow rate adjustment unit 15 formed for example by a conventional spring pressure regulator, controlled by an electric modulation coil 15a.
Il dispositivo secondo l'invenzione è funzionalmente disposto tra il motore elettrico 13 ed il gruppo di regolazione della portata 15 e comprende un gruppo generatore 16 meccanicamente connesso al motore elettrico 13, atto a generare un segnale di modulazione di tipo elettrico e mezzi di trasmissione e di elaborazione 17 di detto segnale di modulazione atti a trasformare quest'ultimo in un adeguato segnale elettrico di comando della bobina di modulazione 15a. The device according to the invention is functionally arranged between the electric motor 13 and the flow rate regulating unit 15 and comprises a generator unit 16 mechanically connected to the electric motor 13, suitable for generating an electrical modulation signal and transmission means and processing 17 of said modulation signal adapted to transform the latter into a suitable electrical command signal for the modulation coil 15a.
In una prima forma di esecuzione illustrata in figura 1, il gruppo generatore 16 è definito da un alternatore 16a operativamente connesso all'albero 13a del motore elettrico 13 ed i mezzi di trasmissione e di elaborazione 17 comprendono, ad esempio, un raddrizzatore a ponte 18a ed un filtro 19a per alimentare correttamente la bobina 15a con la corrente prodotta dal l'alternatore 16a. In a first embodiment illustrated in Figure 1, the generator unit 16 is defined by an alternator 16a operatively connected to the shaft 13a of the electric motor 13 and the transmission and processing means 17 comprise, for example, a bridge rectifier 18a and a filter 19a for correctly supplying the coil 15a with the current produced by the alternator 16a.
In una seconda forma di esecuzione, mostrata in figura 3, il gruppo generatore 16 è definito da un encoder 16b operativamente connesso all'albero 13a del motore elettrico 13 e atto ad emettere, in funzione del numero di giri di quest'ultimo, un segnale a bassa potenza. Il valore di frequenza del segnale emesso dall 'encoder 16b non assume particolare rilevanza ai fini della presente invenzione. E' comunque consigliabile che tale valore sia diverso dalla frequenza della corrente alternata proveniente dalla normale rete di alimentazione. I mezzi di trasmissione ed elaborazione 17 comprendono, ad esempio, un transistor 20, un trasformatore 21, un raddrizzatore a ponte ISb ed un filtro 19b„ In a second embodiment, shown in Figure 3, the generator unit 16 is defined by an encoder 16b operatively connected to the shaft 13a of the electric motor 13 and able to emit, as a function of the number of revolutions of the latter, a signal low power. The frequency value of the signal emitted by the encoder 16b does not assume particular importance for the purposes of the present invention. However, it is advisable that this value be different from the frequency of the alternating current coming from the normal power supply network. The transmission and processing means 17 comprise, for example, a transistor 20, a transformer 21, a bridge rectifier ISb and a filter 19b "
Il funzionamento del dispositivo secondo l'invenzione, sopra descritto in senso prevalentemente strutturale è il seguente. The operation of the device according to the invention, described above in a predominantly structural sense, is as follows.
Nella prima forma di esecuzione l'alternatore 16a eroga sul carico, cioè sulla bobina 15a, una corrente di intensità variabile in funzione del numero di giri del ventilatore 12. Se, ad esempio, il ventilatore 12 gira al massimo, poiché è richiesta la massima erogazione di calore, nella bobina 15a circola il massimo valore di corrente disponibile e di conseguenza si ha la massima spinta sulla molla del regolatore dì portata del combustibile e la massima portata di quest'ultimo. In the first embodiment, the alternator 16a delivers on the load, i.e. on the coil 15a, a current of variable intensity according to the number of revolutions of the fan 12. If, for example, the fan 12 runs at maximum, since the maximum delivery of heat, in the coil 15a circulates the maximum value of current available and consequently there is the maximum thrust on the spring of the fuel flow rate regulator and the maximum flow rate of the latter.
Una diminuzione della velocità di rotazione del ventilatore 12, e quindi della portata dell'aria aspirata, provoca una diminuzione del valore della corrente che circola nella bobina 15a e quindi una coerente riduzione della pressione e della portata del gas combustibile. A decrease in the rotation speed of the fan 12, and therefore in the flow rate of the sucked air, causes a decrease in the value of the current circulating in the coil 15a and therefore a consistent reduction in the pressure and flow rate of the fuel gas.
Nella seconda forma di esecuzione, vantaggiosamente utilizzabile nel caso si desideri usare un motore elettrico 13 con potenza ridotta e quindi risparmiare sulla potenza installata in caldaia. In the second embodiment, advantageously usable in case it is desired to use an electric motor 13 with reduced power and therefore to save on the power installed in the boiler.
l'encoder 16b produce un segnale pulsante la cui frequenza è proporzionale alla velocità di rotazione del ventilatore 12. Il trasformatore 21, dotato di una sua autonoma tensione di alimentazione in corrente continua, è percorso da una corrente resa oscillante dal transistor 20 alla frequenza del segnale pulsante uscente dall'encoder 16a. In definitiva la bobina 15a raggiunge una corrente proporzionale alla velocità di rotazione del ventilatore 12. the encoder 16b produces a pulsating signal whose frequency is proportional to the rotation speed of the fan 12. The transformer 21, equipped with its own independent direct current supply voltage, is traversed by a current made oscillating by the transistor 20 at the frequency of the pulsating signal from encoder 16a. Ultimately the coil 15a reaches a current proportional to the rotation speed of the fan 12.
L'invenzione raggiunge gli scopi proposti e consegue importanti vantaggi. The invention achieves the proposed aims and achieves important advantages.
Infatti essa consente di correlare con precisione la velocità del ventilatore di aspirazione, e quindi la portata di aria aspirata, rapportata alla portata del combustibile, utilizzando componenti semplici, affidabili e di costo contenuto. In fact, it allows to precisely correlate the speed of the suction fan, and therefore the flow rate of the sucked air, in relation to the flow rate of the fuel, using simple, reliable and low cost components.
Si sottolinea inoltre come il dispositivo di controllo secondo l'invenzione consenta anche di realizzare la massima sicurezza di funzionamento, anche in presenza di eventuali guasti sul dispositivo sstesso. Come è noto, è sicura una caldaia in cui non si possa mai verificare la condizione, inaccettabile per la sua pericolosità, di portata di gas massimo e portata minima d'aria. Nel dispositivo secondo l’invenzione se il motore elettrico 13 non gira o gira al minime, la corrente generata nella bobina 15a non è sufficiente per azionare il regolatore di pressione chiuso a molla nel primo caso, o per regolare al massimo la pressione di uscita del combustibile nel secondo caso. It is also emphasized that the control device according to the invention also allows to achieve maximum operating safety, even in the presence of any faults on the device itself. As is known, a boiler is safe in which the condition, unacceptable due to its dangerousness, of maximum gas flow and minimum air flow can never be verified. In the device according to the invention, if the electric motor 13 does not turn or turns at minimum, the current generated in the coil 15a is not sufficient to operate the closed spring pressure regulator in the first case, or to regulate the output pressure of the fuel in the second case.
Inoltre un qualsiasi corto circuito su uno dei componenti elettrici che compongono il dispositivo impedisce l'afflusso di corrente alla bobina 15a: la pressione massima del combustibile non può quindi essere raggiunta. Furthermore, any short circuit on one of the electrical components that make up the device prevents the flow of current to the coil 15a: the maximum fuel pressure cannot therefore be reached.
E' infine importante rilevare che le particolari forme di esecuzione illustrate sono vantaggiose anche nei loro più specifici aspetti. Finally, it is important to note that the particular embodiments illustrated are also advantageous in their more specific aspects.
L'invenzione è suscettibile di numerose modifiche e varianti, rientranti nell'ambito del concetto inventivo. The invention is susceptible of numerous modifications and variations, falling within the scope of the inventive concept.
Inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. Furthermore, all the details can be replaced by technically equivalent elements.
Nella pratica attuazione del trovato i materiali, le forme e le dimensioni possono essere qualsiasi a seconda delle esigenze. In the practical embodiment of the invention, the materials, shapes and dimensions can be any according to requirements.
Claims (7)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 0001 | Granted | ||
| TA | Fee payment date (situation as of event date), data collected since 19931001 |
Effective date: 19970926 |