ITMI960044A1

ITMI960044A1 - PERFORMANCE DEVICE OF A GAS FUEL HEAT GENERATOR

Info

Publication number: ITMI960044A1
Application number: IT000044A
Authority: IT
Inventors: Grosso Lamberto Del; Gian Carlo Vendramini
Original assignee: Ocean Idroclima S P A
Priority date: 1996-01-12
Filing date: 1996-01-12
Publication date: 1997-07-12
Also published as: EP0784190B1; ATE190711T1; IT1281658B1; EP0784190A1; DE69607129D1; DE69607129T2; ITMI960044A0

Abstract

A device (1) for optimizing the efficiency of a gas-fired heat generator comprising a burner positioned within a combustion chamber provided with a fan for evacuating burnt gases, the fuel reaching said burner via a feed pipe in which there is positioned an electrically powered pressure regulator, said regulator being controlled to vary the gas flow rate to the burner by electrical signals generated by a control unit of the heat generator. The device comprises fan command and control means (2) which measure the electrical control signals (VREF) of the pressure regulator, said signals (VREF) being compared with a reference signal (VR) to generate a control signal for the fan, the rotational speed of this latter being modified on the basis of the control signals (VREF) which reach the pressure regulator. <IMAGE>

Description

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

Forma oggetto del presente trovato un dispositivo secondo il preambolo della rivendicazione principale. The present invention relates to a device according to the preamble of the main claim.

Come è noto, un moderno generatore di calore o caldaia a combustibile gassoso (o semplicemente gas) comprende un ventilatore impiegato come dispositivo di evacuazione dei fumi dalla camera di combustione e come organo alimentatore di aria comburente. As is known, a modern gaseous fuel (or simply gas) heat generator or boiler comprises a fan used as a device for evacuating the fumes from the combustion chamber and as a device for supplying combustion air.

In una caldaia di tipo noto, al variare della portata termica richiesta, il generatore di calore di tipo modulante regola la portata termica attraverso l'azione della sua unità di controllo sul regolatore di pressione della valvola del gas lasciando, però, inalterata la velocità di rotazione della ventola corrispondente ad una portata volumetrica costante (che è ottimizzata per la massima portata termica). In un tale generatore, pertanto, la combustione avviene con portate d'aria comburenti ottimali solo per la massima portata termica e quindi con portate d'aria eccessive e crescenti al diminuire delle portate termiche. A seguito di ciò, il rendimento termico diretto all’acqua diminuisce in relazione dell'eccesso d'aria. In a boiler of a known type, as the required heat input varies, the modulating type heat generator regulates the heat output through the action of its control unit on the gas valve pressure regulator, leaving, however, the speed of fan rotation corresponding to a constant volumetric flow rate (which is optimized for maximum heat output). In such a generator, therefore, combustion takes place with optimal combustion air flow rates only for the maximum heat output and therefore with excessive air flow rates that increase as the heat flow decreases. Following this, the thermal efficiency directed to the water decreases in relation to the excess air.

Per ovviare tale inconveniente, è noto regolare la velocità della ventola e quindi la portata d’aria comburente in funzione delle portate di gas bruciate. Ciò viene ottenuto disponendo entro il condotto d'ammissione un sensore di pressione connesso all'unità di controllo; attraverso tale sensore, l'unità rileva la variazione di portata del gas nel condotto d'ammissione e quindi interviene conseguentemente sulla ventola o ventilatore modificandone la velocità di rotazione. Tale soluzione, pur consentendo una variazione di portata d'aria in funzione della portata del gas combustibile, presenta una notevole complessità realizzativa e non può essere impiegata su caldaie già operative se non intervenendo, con ovvi inconvenienti, sul condotto d'ammissione del gas. Inoltre, la nota soluzione non permette di mantenere una adeguata portata d'aria comburente (attraverso il mantenimento di una opportuna velocità di rotazione della ventola) qualora si avesse un calo della tensione di rete d'alimentazione . To overcome this drawback, it is known to adjust the fan speed and therefore the combustion air flow according to the flow of gases burned. This is obtained by arranging a pressure sensor connected to the control unit within the inlet duct; through this sensor, the unit detects the variation of the gas flow rate in the inlet duct and therefore consequently intervenes on the fan or fan, modifying its rotation speed. This solution, while allowing a variation of the air flow rate as a function of the fuel gas flow rate, has a considerable manufacturing complexity and cannot be used on boilers which are already in operation except by intervening, with obvious drawbacks, on the gas inlet duct. Furthermore, the known solution does not allow to maintain an adequate combustion air flow rate (by maintaining an appropriate rotation speed of the fan) in the event of a drop in the mains voltage.

Scopo pertanto del presente trovato è quello di offrire un perfezionato dispositivo ottimizzatore del rendimento di una caldaia a gas. Therefore, the object of the present invention is to offer an improved device which optimizes the efficiency of a gas boiler.

In particolare, scopo del trovato è quello di offrire un dispositivo del tipo citato che consenta una sostanziale istantanea regolazione della portata d'aria comburente in funzione della portata di gas bruciato così da garantire un eccesso d'aria ottimale in tutti i campi di lavoro (ovvero in corrispondenza di ogni possibile portata termica richiesta) del generatore di calore. In particular, the object of the invention is to offer a device of the aforementioned type which allows a substantial instantaneous adjustment of the combustion air flow rate as a function of the burnt gas flow rate so as to ensure an optimal excess of air in all working fields ( i.e. in correspondence with each possible heat input required) of the heat generator.

Un altro scopo è quello di offrire un dispositivo del tipo citato che, anche in caso di variazione (diminuzione o aumento) della tensione di rete, consenta di mantenere una ottimale portata d'aria comburente in funzione della portata di gas indirizzata al bruciatore, in particolare consentendo di mantenere una minima portata d'aria corrispondente ad una minima portata termica anche a seguito di un diminuzione della tensione di rete. Questi ed altri scopi che risulteranno evidenti all'esperto del ramo vengono raggiunti da un dispositivo secondo le rivendicazioni annesse. Another object is to provide a device of the aforementioned type which, even in the event of a variation (decrease or increase) in the mains voltage, allows to maintain an optimal combustion air flow rate as a function of the gas flow directed to the burner, in in particular, allowing to maintain a minimum air flow corresponding to a minimum heat flow even following a decrease in the mains voltage. These and other objects which will be evident to the skilled in the art are achieved by a device according to the appended claims.

Per una maggiore comprensione del presente trovato si allega a titolo puramente esemplificativo, ma non limitativo, il seguente disegno, in cui l'unica figura rappresenta uno schema a blocchi dell'invenzione. For a better understanding of the present invention, the following drawing is attached, purely by way of non-limiting example, in which the only figure represents a block diagram of the invention.

Con riferimento alla citata figura, in essa è rappresentato il dispositivo 1 secondo il trovato comprendente mezzi 2 di comando di un motore 3 di un usuale ventilatore o ventola (non mostrato) posto entro una camera di combustione di un generatore di calore alimentato a gas (non rappresentato). I mezzi 2 rilevano la tensione ai capi di un usuale regolatore di portata comandato elettricamente (non mostrato) posto nel condotto di alimentazione del gas del generatore o caldaia ed in funzione di essa (ovvero in funzione della portata del gas inviata al bruciatore) intervengono sul motore 3 del ventilatore modificando la velocità di quest'ultimo così da modificare la portata dell'aria comburente. With reference to the aforementioned figure, it shows the device 1 according to the invention comprising means 2 for controlling a motor 3 of a usual fan or fan (not shown) located inside a combustion chamber of a gas-fired heat generator ( not pictured). The means 2 detect the voltage at the ends of a usual electrically controlled flow regulator (not shown) located in the gas supply duct of the generator or boiler and depending on it (i.e. depending on the flow of gas sent to the burner) they intervene on the motor 3 of the fan by modifying the speed of the latter so as to modify the combustion air flow.

Più in particolare, una tensione VRIF è prelevata ai capi di un modulatore di una valvola del gas (non mostrata), definente il regolatore di portata di gas più sopra citato. Tale tensione viene inviata ad un amplificatore 5 che amplifica il segnale VRIF e costituisce uno stadio con ingresso ad alta impedenza. Dall'amplificatore esce un segnale VC che viene inviato ad un comparatore 6 il quale confronta tale segnale con un segnale di tensione VR proveniente da un blocco 7 rilevatore della tensione della rete elettrica di alimentazione del generatore di calore. Tale blocco 7, in particolare comprende un generatore di rampa 8 connesso ad un rilevatore di zero 9 da cui riceve un segnale . Quest'ultimo è formato da una sequenza di impulsi generati ogni volta che la tensione di rete passa per lo zero. Il blocco 7 è connesso alla tensione di rete (simbolizzata dal blocco 10) attraverso un riduttore di tensione 12. More specifically, a VRIF voltage is taken across a modulator of a gas valve (not shown), defining the gas flow regulator mentioned above. This voltage is sent to an amplifier 5 which amplifies the VRIF signal and forms a stage with a high impedance input. A signal VC comes out of the amplifier and is sent to a comparator 6 which compares this signal with a voltage signal VR coming from a block 7 which detects the voltage of the electrical supply network of the heat generator. This block 7, in particular, comprises a ramp generator 8 connected to a zero detector 9 from which it receives a signal. The latter is formed by a sequence of pulses generated each time the mains voltage passes through zero. Block 7 is connected to the mains voltage (symbolized by block 10) through a voltage reducer 12.

Il generatore di rampa 8 è connesso ad un organo temporizzatore 15 che riceve la tensione di rete a valle del riduttore di tensione e che è posto in parallelo al rilevatore di zero 9. Tale organo 15 ha lo scopo di consentire di alimentare ad ogni accensione del generatore di calore e per un prefissato periodo di tempo, il motore del ventilatore 3 così da ottenerne la massima velocità di rotazione (e quindi la massima portata d'aria comburente), indipendentemente dal valore di VRIF così da garantire il "lavaggio" della camera di combustione. The ramp generator 8 is connected to a timer member 15 which receives the mains voltage downstream of the voltage reducer and which is placed in parallel with the zero detector 9. This member 15 has the purpose of allowing powering at each ignition of the heat generator and for a predetermined period of time, the fan motor 3 so as to obtain the maximum rotation speed (and therefore the maximum combustion air flow), regardless of the VRIF value so as to guarantee the "washing" of the chamber combustion.

Tornando al comparatore 6, esso confronta i segnali VC e VR e genera un segnale di uscita VU che viene inviato ad un nodo sommatore 17 a cui perviene anche un segnale proveniente da un organo filtrante 18 di tipo compensatore-limitatore che riceve la tensione di rete a valle del riduttore 12. Tale organo 18 compensa le variazioni della tensione di rete che altrimenti influerenzerebbero la tensione di alimentazione del motore 3. In particolare, l'organo 18 assicura che la tensione di alimentazione,del motore non scenda mai al disotto di un valore minimo prestabilito in modo tale da consentire comunque una minima velocità di rotazione del motore 3 per avere una portata d'aria corrispondente alla minima portata termica della caldaia. Returning to the comparator 6, it compares the signals VC and VR and generates an output signal VU which is sent to an adder node 17 which also receives a signal from a filtering member 18 of the compensator-limiter type which receives the mains voltage. downstream of the reducer 12. This member 18 compensates for the variations in the mains voltage which would otherwise affect the power supply voltage of the motor 3. In particular, the member 18 ensures that the power supply voltage of the motor never falls below a minimum predetermined value in such a way as to allow in any case a minimum rotation speed of the motor 3 in order to have an air flow rate corresponding to the minimum heat flow rate of the boiler.

Dal nodo sommatore 17 si diparte un segnale Vx che perviene ai mezzi di comando 2. Questi ultimi possono essere una vera e propria unità a microprocessore (cosi, ad esempio, da permettere una regolazione automatica e memorizzata del motore 3 in funzione di ogni valore di VRIF rilevato o del segnale Vx) oppure un più semplice organo comparatore o altri mezzi di comando in sè noti. L'unità 2 è connessa ad un separatore galvanico 20 che garantisce un adeguato isolamento elettrico tra la tensione di rete e la bassissima tensione di sicurezza presente nel circuito. Il segnale dell 'unità 2 quindi comanda la chiusura e apertura di un interruttore statico (ad esempio un TRIAC) 22 attraverso il quale l'alimentazione di rete perviene al motore 3. A signal Vx departs from the summing node 17 and reaches the control means 2. The latter can be a real microprocessor unit (so, for example, to allow an automatic and memorized adjustment of the motor 3 according to each value of VRIF detected or of the signal Vx) or a simpler comparator member or other control means known per se. Unit 2 is connected to a galvanic separator 20 which guarantees adequate electrical insulation between the mains voltage and the very low safety voltage present in the circuit. The signal of the unit 2 then commands the closing and opening of a static switch (for example a TRIAC) 22 through which the mains supply reaches the motor 3.

L'utilizzo del dispositivo 1 risulta chiaro dalla descrizione sopra riportata. Durante tale impiego, i mezzi di unità o comando 2 rilevano la tensione VRIF corrispondente allo stato di afflusso di gas al bruciatore e, quindi, attraverso tale segnale rilevano la portata di gas indirizzato a tale bruciatore. Tale segnale, in particolare, viene confrontato con il segnale rappresentativo della tensione di rete alimentante attualmente il motore 3. Qualora tale confronto mostri che tra i due segnali sussiste una predefinita differenza, viene generato il segnale VU che, opportunamente trattato col segnale VK, giunge nei mezzi 2. Questi ultimi, in funzione di tale segnale VU rappresentativo di uno squilibrio tra la porta d'aria comburente (rilevata attraverso il segnale che alimenta il motore) e la portata di gas inviata al bruciatore, intervengono modificando il ciclo utile ( "duty cycle") dell'interruttore statico modificando pertanto la velocità del motore 3 e quindi del ventilatore. The use of the device 1 is clear from the above description. During this use, the unit or control means 2 detect the VRIF voltage corresponding to the state of gas inflow to the burner and, therefore, through this signal they detect the flow rate of gas addressed to said burner. In particular, this signal is compared with the signal representative of the mains voltage currently supplying motor 3. If this comparison shows that there is a predefined difference between the two signals, the signal VU is generated which, suitably treated with the VK signal, reaches in means 2. The latter, as a function of this signal VU representative of an imbalance between the combustion air port (detected through the signal that feeds the engine) and the gas flow rate sent to the burner, intervene by modifying the useful cycle (" duty cycle ") of the static switch thus modifying the speed of the motor 3 and therefore of the fan.

Il dispositivo secondo il trovato è affidabile, di semplice realizzazione e può essere montato, dopo la loro istallazione, in caldaie già provviste di regolatore della porta del gas comandato elettricamente . The device according to the invention is reliable, easy to make and can be mounted, after their installation, in boilers already equipped with an electrically controlled gas door regulator.

Con il dispositivo secondo il trovato è possibile ottimizzare il rendimento di un generatore di calore del tipo citato in quanto la portata d'aria comburente viene regolata in funzione della attuale portata di combustibile che perviene al bruciatore. With the device according to the invention it is possible to optimize the efficiency of a heat generator of the aforementioned type, since the combustion air flow rate is adjusted according to the actual fuel flow which reaches the burner.

Claims

CLAIMS 1. Device (1) for optimizing the efficiency of a gaseous fuel heat generator comprising a burner placed inside a combustion chamber equipped with a fan for evacuation of fumes, the fuel reaching said burner through a supply duct on which an electrically powered pressure regulator is placed, said regulator being controlled so as to vary the gas flow rate to the burner, through electrical signals generated by a control unit of the heat generator, characterized in that it comprises command and control means (2) of the motor (3) of the fan adapted to modify the speed of this motor (3), and therefore the combustion air flow in the combustion chamber, according to the detection of a control signal (VRIF) of the pressure.

2. Device according to claim 1, characterized in that it comprises comparison means (6) suitable for comparing the control signal (VRIF) of the pressure regulator with a reference signal (VR) representative of the mains voltage supplying said motor , said comparison means (6) generating an output signal (VU) which is sent to the command and control means (2) of the fan motor (3).

3. Device according to claim 1, characterized by the fact that the command and control means (2) control switch means (22) through which the fan motor (3) receives the mains power supply (10).

4. Device according to claim 1, characterized in that it comprises timing means (15) suitable for allowing the electric power supply of the motor (3) of the fan so that, at each start of the heat generator, it generates for a predetermined period of time, the maximum combustion air flow in the combustion chamber.

5. Device according to claim 4, characterized in that the timing means (15) are connected to means generating the reference signal (VR) representative of the mains voltage.

6. Device according to claim 1, characterized in that it comprises means (18) compensating for the variation of the mains voltage and limiting the minimum supply voltage of the fan motor (3) so as to allow a corresponding minimum combustion air flow at the minimum flow rate of gaseous fuel.

7. Device according to claim 6, characterized in that the compensating and limiting means (18) generate an output signal (VK) addressed to an adder node (17) to which the output signal (VU) of the means also reaches (6), this node (17) generating an output signal (Vx) sent to the command and control means of the fan.