ITMI20110411A1

ITMI20110411A1 - PERFECTED METHOD OF CONTROL OF A GAS APPLIANCE OR BOILER

Info

Publication number: ITMI20110411A1
Application number: IT000411A
Authority: IT
Inventors: Pierluigi Bertelli
Original assignee: Bertelli & Partners Srl
Priority date: 2011-03-15
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2012-09-16
Also published as: WO2012123798A2; CN103443546B; EP2686614A2; ES2765022T3; EA201391308A1; WO2012123798A3; EA029136B1; EP2686614B1; PL2686614T3; CN103443546A

Description

Descrizione di un brevetto d'invenzione a Description of an invention patent a

Forma oggetto del presente trovato un metodo secondo il preambolo della rivendicazione principale. Forma altresì oggetto del trovato un apparecchio a gas secondo il preambolo della rivendicazione indipendente corrispondente. The present invention relates to a method according to the preamble of the main claim. The invention also relates to a gas appliance according to the preamble of the corresponding independent claim.

E' noto che negli apparecchi a gas l'adduzione del gas al/i bruciatore/i avvenga attraverso fori calibrati o ugelli atti a definire unitamente al valore di pressione di uscita della valvola del gas, la corretta portata del gas corrispondente alla potenza di lavoro dell'applicazione stessa. Il foro calibrato o ugello è normalmente un particolare a sé stante, che viene aggiunto nella linea di alimentazione del gas o direttamente sul bruciatore al fine di essere sostituibile in caso di adattamento della applicazione ad un tipo diverso di gas combustibile. It is known that in gas appliances the supply of gas to the burner (s) takes place through calibrated holes or nozzles designed to define, together with the gas valve outlet pressure value, the correct gas flow rate corresponding to the working power. application itself. The calibrated hole or nozzle is normally a component in its own right, which is added in the gas supply line or directly on the burner in order to be replaceable in case of adaptation of the application to a different type of combustible gas.

L'esigenza dell'ugello o foro calibrato nasce principalmente dalla necessità di adattare le pressioni di uscita del gas (dalle linee di alimentazione al bruciatore) ai normali intervalli dei valori di funzionamento delle valvole del gas esistenti in commercio, dalla presenza normalmente di un regolatore di pressione a valle della bombola nel caso di gas GPL, dalla necessità di ottenere la corretta miscelazione di gas e aria (grazie ad una predefinita velocità di uscita del gas da ogni singolo ugello) e dalla impossibilità per i sistemi tradizionali di rilevare la situazione in oggetto. Ad esempio, nel caso in cui si abbia una caldaia impostata per lavorare a metano, la sua conversione a GPL richiede la sostituzione degli ugelli con ugelli di diametro più basso al fine di lavorare con pressioni di uscita della valvola del gas più elevate. Tale conversione richiede anche la taratura della valvola gas stessa, sia che essa sia provvista di tarature di tipo meccanico (fermi meccanici) che di tipo elettronico (attuatori di regolazione della portata del gas a solenoide oppure con motore) . Nel caso in cui non si sostituissero gli ugelli per il metano con quelli specifici per il GPL si avrebbe un aumento della portata del gas (e quindi della potenza bruciata) indicativamente di circa il 50-70%. The need for a calibrated nozzle or hole arises mainly from the need to adapt the gas outlet pressures (from the supply lines to the burner) to the normal operating values of the gas valves available on the market, normally due to the presence of a regulator pressure downstream of the cylinder in the case of LPG gas, the need to obtain the correct mixing of gas and air (thanks to a predefined gas outlet speed from each individual nozzle) and the impossibility for traditional systems to detect the situation in object. For example, in the event that you have a boiler set to work on natural gas, its conversion to LPG requires the replacement of the nozzles with smaller diameter nozzles in order to work with higher gas valve outlet pressures. This conversion also requires the calibration of the gas valve itself, whether it is equipped with mechanical (mechanical stops) or electronic (solenoid or motorized actuators for regulating the gas flow rate). If the nozzles for methane were not replaced with those specific for LPG, the gas flow rate (and therefore the burnt power) would increase by approximately 50-70%.

Tutto ciò avrebbe la conseguenza di avere una combustione fuori dai parametri di "pulizia" consentiti dalle norme (quindi combustione pericolosa per l'ambiente e potenzialmente per l'uomo ed il rischio di danno al bruciatore e/o scambiatore di calore dell'apparecchiatura a gas. Ciò con potenziale pericolo per le persone o per le cose (ad esempio pericolo di incendio). All this would have the consequence of having a combustion outside the "cleaning" parameters allowed by the regulations (therefore combustion dangerous for the environment and potentially for humans and the risk of damage to the burner and / or heat exchanger of the equipment. gas, with a potential danger to people or things (eg fire hazard).

La necessità di avere ugelli o fori calibrati sostituibili sulle linee di alimentazione del gas al bruciatore (anche posti in corrispondenza di questi ultimi) comporta un costo addizionale sensibile per il produttore di tali apparecchi a gas in quanto, ad esempio su bruciatori atmosferici a rampe, è normale la presenza di 5÷20 ugelli da lavorare ed inserire manualmente da parte del produttore in fase di costruzione della caldaia e dell'installatore in fase di conversione a diverso tipo di gas. Situazione analoga si ha sui bruciatori premiscelati nei quali seppure è presente un solo ugello è normale dover cambiare l'ugello stesso in caso di conversione della famiglia del gas (ad esempio da gas naturale a GPL ovvero da Ila famiglia a Illa famiglia) utilizzato. The need to have replaceable calibrated nozzles or holes on the gas supply lines to the burner (also placed in correspondence with the latter) entails a significant additional cost for the manufacturer of these gas appliances since, for example on atmospheric ramp burners, the presence of 5 ÷ 20 nozzles to be processed and manually inserted by the manufacturer during the construction of the boiler and by the installer during the conversion to a different type of gas is normal. A similar situation occurs on premixed burners in which, even if there is only one nozzle, it is normal to have to change the nozzle itself in case of conversion of the gas family (for example from natural gas to LPG or from the family to the family) used.

Inoltre la conversione a diverso tipo di gas attraverso la sostituzione degli ugelli viene spesso demandata all'installatore ed è nota una casistica di danni alle cose ed alle persone per errate operazioni di conversione dell'apparecchio. Scopo del presente trovato è quello di offrire un metodo ed un apparecchio in cui tale metodo è eseguito, che siano perfezionati rispetto ai corrispondenti metodi ed apparecchi noti. Furthermore, the conversion to a different type of gas by replacing the nozzles is often left to the installer and there is a known case of damage to things and people due to incorrect conversion operations of the appliance. The object of the present invention is to offer a method and an apparatus in which this method is carried out, which are improved with respect to the corresponding known methods and apparatuses.

In particolare, scopo del trovato è quello di offrire un metodo per il controllo di una apparecchiatura a gas che consenta un impiego di quest'ultima con qualsiasi tipo di gas, senza che vi sia la necessità di modificare o adattare a livello "meccanico" l'apparecchiatura suddetta (o caldaia) ad un particolare gas o famiglia di gas. In particular, the object of the invention is to offer a method for controlling a gas appliance that allows the latter to be used with any type of gas, without the need to modify or adapt it on a "mechanical" level. the aforementioned equipment (or boiler) to a particular gas or gas family.

Un altro scopo è quello di offrire un metodo del tipo citato che consenta di ottenere un funzionamento della caldaia secondo parametri di combustione ottimali per ogni tipologia di gas e che permetta di evitare situazioni di combustione con parametri non accettati dalle norme, ma sempre con parametri tali per cui si abbia un livello di combustione non inquinante. Another object is to offer a method of the aforementioned type which allows to obtain operation of the boiler according to optimal combustion parameters for each type of gas and which allows to avoid combustion situations with parameters not accepted by the standards, but always with such parameters. for which there is a non-polluting level of combustion.

Un ulteriore scopo è quello di offrire un metodo del tipo citato che permetta un corretto e sicuro funzionamento della caldaia. A further object is to offer a method of the aforementioned type which allows correct and safe operation of the boiler.

Un altro scopo è quello di offrire un'apparecchiatura o caldaia a gas in cui si attua il metodo sopra indicato e che abbia costi contenuti sia di produzione che di istallazione. Another object is to offer a gas appliance or boiler in which the above indicated method is implemented and which has low production and installation costs.

Questi ed altri scopi che risulteranno evidenti all'esperto del ramo vengono raggiunti da un metodo e da una apparecchiatura a gas secondo le unite rivendicazioni. These and other objects which will be evident to the skilled in the art are achieved by a method and by a gas apparatus according to the appended claims.

Per una miglior comprensione del presente trovato si allegano a titolo puramente esemplificativo, ma non limitativo, i seguenti disegni, in cui: For a better understanding of the present invention, the following drawings are attached purely by way of non-limiting example, in which:

la figura 1 mostra uno schema a blocchi della caldaia o apparecchiatura a gas in cui si attua un metodo secondo il trovato; e Figure 1 shows a block diagram of the gas boiler or apparatus in which a method according to the invention is implemented; And

la figura 2 mostra un diagramma di flusso di un metodo secondo il trovato. Figure 2 shows a flow diagram of a method according to the invention.

Con riferimento alle citate figure, in figura 1 è mostrato uno schema a blocchi semplificato di alcuni elementi (utili alla comprensione della presente invenzione) di una caldaia o apparecchio a gas realizzata secondo il trovato. Tale caldaia comprende un bruciatore 1 in prossimità del quale è posto un elettrodo (o organo equivalente) 2 atto a rilevare il livello della fiamma del bruciatore 1. Tale elettrodo o organo rilevatore 2 è associato ad una propria circuiteria elettronica (non mostrata) in sé nota ed opera generando un segnale elettrico corrispondente alla "qualità" della combustione e cioè rilevando se essa avviene senza generare inquinamento ed entro i limiti delle norme. With reference to the aforementioned figures, figure 1 shows a simplified block diagram of some elements (useful for understanding the present invention) of a gas boiler or appliance made according to the invention. This boiler comprises a burner 1 in proximity to which an electrode (or equivalent member) 2 is placed, suitable for detecting the level of the flame of the burner 1. Said electrode or detecting member 2 is associated with its own electronic circuitry (not shown) in itself it notes and operates by generating an electrical signal corresponding to the "quality" of the combustion and that is by detecting whether it occurs without generating pollution and within the limits of the regulations.

Tale elettrodo 2 è connesso ad una unità 5, preferibilmente a microprocessore, atta a controllare il corretto funzionamento della caldaia. Più specificatamente, in modo in sé noto, tale controllo da parte dell'unità 5 avviene attraverso il segnale di fiamma (proveniente dall'elettrodo) utilizzato come retroazione di un anello di controllo che comprende anche un attuatore 6 di una valvola modulante 7 (ovvero di intercettazione e/o parzializzazione) del flusso di gas verso il bruciatore posta su una linea di adduzione 8 di tale gas a quest'ultimo. Tale linea di adduzione 8 è connessa ad uno o più condotti di alimentazione del gas (non mostrato) associati al bruciatore. This electrode 2 is connected to a unit 5, preferably with a microprocessor, suitable for controlling the correct operation of the boiler. More specifically, in a per se known way, this control by the unit 5 takes place through the flame signal (coming from the electrode) used as a feedback of a control loop which also comprises an actuator 6 of a modulating valve 7 (i.e. interception and / or partialization) of the gas flow towards the burner placed on a line 8 for the supply of this gas to the latter. This supply line 8 is connected to one or more gas supply ducts (not shown) associated with the burner.

Ogni linea di alimentazione del gas è sprovvista di ugelli specificatamente predisposti per un particolare tipo di gas con cui la caldaia può operare. Se il bruciatore è provvisto di una pluralità di linee di alimentazione del gas, almeno parte di tali linee (se non la loro totalità) è sprovvista di specifici ugelli del gas ma comprende un semplice foro calibrato utilizzabile con qualsiasi gas alimentato al bruciatore. Each gas supply line is not equipped with nozzles specifically designed for a particular type of gas with which the boiler can operate. If the burner is equipped with a plurality of gas supply lines, at least part of these lines (if not all of them) does not have specific gas nozzles but includes a simple calibrated hole that can be used with any gas supplied to the burner.

Il metodo secondo il trovato comprende, dopo una fase di avvio (blocco 10), in cui si attiva il bruciatore aprendo la valvola 7, l'attivazione di un algoritmo di controllo della combustione (blocco 11). Questo controllo può essere eseguito, in modo in sé noto, sulla base di una sorveglianza della fiamma attraverso l'elettrodo 2 o con l'utilizzo, eventuale di altri sensori (in sé noti, quali ad esempio sensore di CO, sonda lambda ecc.) rilevanti la combustione. The method according to the invention comprises, after a start-up phase (block 10), in which the burner is activated by opening the valve 7, the activation of a combustion control algorithm (block 11). This check can be performed, in a per se known manner, on the basis of a flame monitoring through the electrode 2 or with the possible use of other sensors (known per se, such as for example CO sensor, lambda probe, etc. ) relevant to combustion.

Il controllo può anche avvenire secondo la domanda PCT n. PCT/IT2010/000126, a nome della stessa Richiedente, che prevede che l'unità di controllo 5 cooperi con una unità di memoria (non mostrata) in cui è tabellata una pluralità di condizioni di lavoro ottimali della caldaia, condizioni che sono funzioni di caratteristiche legate alla fiamma, alla potenza termica ed al valore di lambda e che sono rappresentate su curve di lavoro. Secondo questo metodo di controllo, si determina il punto di lavoro della caldaia su una di tali curve si modifica il rapporto tra aria comburente e gas a partire da un valore attuale di funzionamento, al fine di spostare tale punto di lavoro lungo tale curva, si verifica se tale variazione del rapporto perviene ad un valore predefinito ed in tal caso si ripristina un rapporto aria-gas precedente e di corretto funzionamento, in caso contrario modificandosi la portata del gas al fine di ottenere un rapporto di combustione ottimale. The control can also take place according to PCT application n. PCT / IT2010 / 000126, in the name of the same Applicant, which provides that the control unit 5 cooperates with a memory unit (not shown) in which a plurality of optimal boiler working conditions are listed, conditions which are functions of characteristics related to the flame, the thermal power and the lambda value and which are represented on working curves. According to this control method, the operating point of the boiler is determined on one of these curves, the ratio between combustion air and gas is modified starting from a current operating value, in order to move this operating point along this curve, it checks if this variation of the ratio reaches a predefined value and in this case a previous and correct functioning air-gas ratio is restored, otherwise by modifying the gas flow rate in order to obtain an optimal combustion ratio.

Nel blocco 12, successivo, si valuta se la combustione stia avvenendo o meno entro i parametri ed in modo non inquinante ovvero si valuta se si ha un rilevamento fuori di tali parametri. In the following block 12, it is evaluated whether or not combustion is taking place within the parameters and in a non-polluting way, or whether there is a detection outside these parameters.

Se la risposta è negativa (combustione entro i parametri di norma), si aumenta la portata di gas, agendo attraverso l'unità 5 sulla valvola 7, diretto verso il bruciatore (blocco 13) al più sino ad un valore massimo prefissato e il processo ha quindi termine (blocco 14). If the answer is negative (combustion within the normal parameters), the gas flow rate is increased, acting through unit 5 on valve 7, directed towards the burner (block 13) up to a maximum preset value and the process it therefore ends (block 14).

Se la risposta è positiva (combustione fuori i parametri di norma), si riduce l'alimentazione del gas (blocco 15) e si valuta se si è raggiunto un valore minimo di portata (blocco 16). Se si è in questa condizione, eventualmente dopo una successione di modifiche di portata si arresta (blocco 17) il bruciatore in quanto si rileva una condizione di malfunzionamento tale da rendere opportuno il blocco o l'arresto dell'apparecchio al fine di evitare potenziali danni o pericoli e richiedere un intervento di manutenzione. Se non si è invece in questa condizione e la riduzione della portata del gas attraverso l'attuatore 6 della valvola 7 porta la caldaia in una condizione di funzionamento nei limiti, si mantiene la situazione raggiunta in quanto lo stato di funzionamento avviene in modo corretto. Il procedimento ha così termine (blocco 14). If the response is positive (combustion outside the normal parameters), the gas supply is reduced (block 15) and it is evaluated whether a minimum flow rate value has been reached (block 16). If in this condition, possibly after a succession of flow rate changes the burner stops (block 17) as a malfunction condition is detected such as to make it advisable to block or stop the appliance in order to avoid potential damage. hazards and request maintenance. If, on the other hand, it is not in this condition and the reduction of the gas flow rate through the actuator 6 of the valve 7 brings the boiler to an operating condition within the limits, the situation reached is maintained as the operating status occurs correctly. The procedure thus ends (block 14).

L'unità di controllo 3 mantiene la valvola 7 nella posizione raggiunta fintanto che il gas entro l'impianto o apparecchio rimane ad una portata tale da consentire una combustione corretta nel tempo. The control unit 3 keeps the valve 7 in the position reached as long as the gas inside the plant or appliance remains at a flow rate such as to allow correct combustion over time.

Pertanto, mediante l'utilizzo di un controllo di combustione basato su un comando alla valvola gas realizzato tramite controllo elettronico (ad esempio con retroazione derivante dal segnale di fiamma) è possibile rilevare la condizione di cattiva combustione (che può essere dovuta a presenza del tipo di gas errato) ed agire nei seguenti modi: Therefore, through the use of a combustion control based on a command to the gas valve carried out by electronic control (for example with feedback deriving from the flame signal) it is possible to detect the condition of bad combustion (which may be due to the presence of the type of wrong gas) and act in the following ways:

ridurre la portata gas (agendo sull'attuatore della valvola del gas 7) sino a ottenere l'arresto di blocco se non si raggiunge lo stato di funzionamento a combustione corretta; reduce the gas flow (by acting on the gas valve actuator 7) until the lockout is obtained if the correct combustion operating state is not reached;

- garantire un funzionamento di emergenza ove possibile e segnalando l'anomalia all'installatore il quale provvederà a tarare i valori di pressione del gas di uscita adattandoli al tipo di gas in uso ripristinando così la corretta condizione di lavoro; - guarantee emergency operation where possible and reporting the anomaly to the installer who will calibrate the output gas pressure values, adapting them to the type of gas in use, thus restoring the correct working condition;

- intervenire in modo automatico sull'impostazione dei valori di pressione (nel caso di valvola del gas senza tarature di tipo meccanico). - intervene automatically on the setting of the pressure values (in the case of a gas valve without mechanical calibration).

In ogni caso viene garantito il corretto e sicuro funzionamento della caldaia in ogni condizione. In any case, the correct and safe operation of the boiler is guaranteed in all conditions.

Mediante l'utilizzo di un corretto controllo di combustione (come ad esempio quello sopra citato basato sulle curve di lavoro oppure altro metodo basato sulla sorveglianza della fiamma o con aggiunta di altri sensori di combustione), ove il tipo e la conformazione del bruciatore garantisca comunque la corretta miscelazione aria/gas, viene quindi meno l'esigenza degli ugelli intercambiabili associati alle linee di alimentazione del gas. By using a correct combustion control (such as the one mentioned above based on the work curves or other method based on flame monitoring or with the addition of other combustion sensors), where the type and conformation of the burner still guarantees the correct air / gas mixing therefore eliminates the need for interchangeable nozzles associated with the gas supply lines.

Grazie al trovato si può usare uno stesso modello di caldaia o una definita potenza di un apparecchio a gas per tutti i tipi di gas, senza necessità di modificare gli ugelli in funzione del gas alimentato all'apparecchio stesso. Ciò agevola l'operazione di istallazione da parte dell'istallatore/manutentore che, per adattare la caldaia al particolare gas, deve solo agire su un parametro di configurazione dell'unità di controllo (o meglio sul suo algoritmo di controllo) in funzione del dato di combustione (fiamma) rilevato. Thanks to the invention, the same boiler model or a defined power of a gas appliance can be used for all types of gas, without the need to modify the nozzles according to the gas supplied to the appliance itself. This facilitates the installation operation by the installer / maintenance technician who, to adapt the boiler to the particular gas, only has to act on a configuration parameter of the control unit (or better on its control algorithm) according to the data. combustion (flame) detected.

E' quindi possibile anche sostituire del tutto gli ugelli intercambiabili sostituendoli con un semplice foro calibrato dal lato di adduzione gas ottenendo il massimo del vantaggio economico in fase di produzione della caldaia. Inoltre, su bruciatori di tipo premiscelato comandati da un sistema di controllo della combustione (controllo sul rapporto aria/gas) auto adattante al tipo di gas, è possibile, monitorando i parametri di comando della valvola del gas o la dinamica del segnale di fiamma, in funzione di un definito valore di potenza di lavoro o combustione (maggiore o minore apertura della valvola del gas al fine di ottenere lo stesso dato di combustione o maggiore o minore dinamica del segnale di fiamma stesso a di condizioni di lavoro) segnalare presenza di un tipo di gas diverso in fase di installazione avvertendo 1'istallatore della necessità di modificare il parametro di configurazione della famiglia di gas. It is therefore also possible to completely replace the interchangeable nozzles by replacing them with a simple calibrated hole on the gas supply side, obtaining the maximum economic advantage in the production phase of the boiler. Furthermore, on premix burners controlled by a combustion control system (air / gas ratio control) self-adapting to the type of gas, it is possible, by monitoring the gas valve control parameters or the dynamics of the flame signal, according to a defined working or combustion power value (greater or lesser opening of the gas valve in order to obtain the same combustion data or greater or lesser dynamics of the flame signal itself and working conditions) signal the presence of a different type of gas during installation, warning the installer of the need to change the configuration parameter of the gas family.

E' stata descritta una forma particolare del trovato. Altre ancora sono tuttavia possibili pur restando nell'ambito delle unite rivendicazioni. A particular form of the invention has been described. Still others are however possible while remaining within the scope of the attached claims.

Claims

CLAIMS 1. Method for controlling a gas boiler provided with a burner (1) and comprising a valve (7) for controlling the gas sent to the burner (1), means (2) for detecting the flame present in the latter and means for control (5) of functional parts of the boiler such as said gas valve (7), the latter being placed on a gas supply duct (8) to at least one gas supply line connected to the burner, characterized in that it is provides for a control of the combustion of the gas in the burner (1) and on the basis of the combustion data, action is taken on the gas valve (7) in order to modify the gas flow rate to the burner (1) if the combustion data obtained indicates a combustion incorrect and to bring this data back within predefined parameters, said control being carried out independently of the gas supplied to the burner and of the particular predisposition of the burner to operate with a particular type of gas.

2. Method according to claim 1, characterized in that at least one nozzle of a corresponding gas supply line connected to the burner is replaced with a calibrated hole, this hole being independent of the type of gas sent to the burner.

3. Method according to claim 1, characterized in that the combustion control foresees the monitoring of the burner flame through the flame detection means (2)

4. Method as per claim 1, characterized by the fact that the combustion is controlled by considering the fact that in operating conditions the working point of the boiler is determined on its working curve and the ratio between combustion air and gas is modified. starting from a current or actual operating value, in order to move this work point along this curve, checking if this change in the ratio reaches a predefined value and in this case considering the correct combustion in the aforementioned work point and restoring the previous operation air-gas ratio or, if not, by modifying the gas flow rate in order to reach a non-polluting combustion operating point or by stopping the appliance.

5. Method according to claim 1, characterized in that the intervention on the gas valve (7) takes place through action on an actuator (6) of this valve.

6. Method according to claim 1, characterized in that the working parameters of the gas valve (7) and / or the variation of a combustion control data such as a signal coming from the flame detection means ( 2) and identify the type of gas supply, followed by this by intervening automatically or manually on the burner working parameters.

7. Device for controlling a gas boiler equipped with burner (1) and comprises a gas control valve (7) sent to said burner (1), means (2) for detecting the flame present in the latter and control means (5) of functional elements of the boiler such as said gas valve (7), the latter being placed on a gas supply duct (8) to at least one gas supply line connected to the burner characterized in that it includes on this supply line a calibrated hole which can be used for any gas fed.