ITPD20120030A1 - Metodo per il controllo di un bruciatore di una caldaia e sistema di controllo operante in accordo con tale metodo - Google Patents

Description

Metodo per il controllo di un bruciatore di una caldaia e sistema di controllo operante in accordo con tale metodo Descrizione

Ambito tecnico

La presente invenzione riguarda un metodo per il controllo di un bruciatore di una caldaia avente le caratteristiche enunciate nel preambolo della rivendicazione principale. Essa riguarda altresì un sistema di controllo operante in accordo con tale metodo.

Sfondo tecnologico

Nel settore tecnico di riferimento, à ̈ noto che per mantenere una efficiente combustione, à ̈ necessario che il rapporto tra la quantità di aria e la quantità di gas combustibile immessi nel bruciatore sia mantenuto in un intorno di un predeterminato valore ottimale, che dipende sostanzialmente dal tipo di gas utilizzato, e, in generale, può dipendere anche dal valore della potenza erogata dal bruciatore, ovverosia dalla portata di gas.

Ciò consente di ottenere e mantenere nel tempo un processo di combustione completo senza eccessiva dispersione di energia nei fumi e minimizzando la produzione di gas inquinanti, nel rispetto delle normative sulle emissioni dei vari paesi.

Per raggiungere questo obiettivo di mantenimento del rapporto aria/gas ottimale, sono stati sviluppati nel settore tecnico di riferimento diversi dispositivi e metodi.

Ad esempio, sono noti ed ampiamente utilizzati sistemi di controllo pneumatico che controllano una valvola di regolazione del gas (in modo da ottenere il rapporto aria/gas ottimale) sulla base di una differenza tra le pressioni presenti nel condotto di alimentazione di aria e, rispettivamente, di gas. Dispositivi di questo tipo risultano tuttavia generalmente complicati da realizzare e poco flessibili nell’utilizzo.

Inoltre, Ã ̈ noto da EP 1084369 controllare una valvola di regolazione del gas in modo da ottenere il rapporto aria/gas ottimale sulla base di una misura di flusso rilevata su un condotto di dimensioni opportune esteso in comunicazione con i condotti di alimentazione di aria e di gas.

Un altro sistema di regolazione, descritto in EP 281823, prevede l’inserimento nel condotto dell’aria e nel condotto del gas di rispettivi flussometri in grado di misurare la portata dei due fluidi e quindi poterne controllare direttamente il rapporto.

Questo sistema prevede tuttavia, l’impiego di uno strumento di misura per ciascun fluido, aumentando i costi di produzione e il numero di componenti del sistema.

Descrizione dell’invenzione

Il problema alla base della presente invenzione à ̈ quello di realizzare un metodo per il controllo di un bruciatore di una caldaia, nonché un sistema di controllo operante in accordo con tale metodo, i quali siano strutturalmente e funzionalmente concepiti per superare i limiti sopra esposti con riferimento alla tecnica nota citata.

Nell’ambito di tale problema, à ̈ uno scopo dell’invenzione mettere a disposizione un metodo di controllo che sia in grado di garantire una combustione ottimale in tutto il campo delle portate per cui à ̈ dimensionato il bruciatore, evitando l’uso di componenti particolarmente costosi.

Un altro scopo del trovato à ̈ quello di offrire un metodo e un sistema di controllo che risulti di semplice gestione sia in fase di installazione della caldaia che di successiva revisione o sostituzione di suoi componenti.

Questo problema à ̈ risolto e questi scopi sono conseguiti dalla presente invenzione mediante un metodo e un sistema per il controllo di un bruciatore di una caldaia, realizzati in accordo con le rivendicazioni che seguono.

Breve descrizione dei disegni

Le caratteristiche e i vantaggi dell’invenzione meglio risulteranno dalla descrizione dettagliata di un suo preferito esempio di realizzazione, illustrato a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento agli uniti disegni in cui:

ï€ la figura 1 à ̈ una vista schematica di un bruciatore di una caldaia dotata di un sistema di controllo operante in accordo con il metodo della presente invenzione,

ï€ la figura 2 à ̈ un grafico in cui sono indicate le relazioni tra il numero di giri di un ventilatore del bruciatore di figura 1, la portata di aria prodotta dal ventilatore, la portata di gas necessaria per ottenere un rapporto aria/gas ottimale per la combustione e la pressione differenziale tra i condotti di aria e gas in condizioni di rapporto di combustione ottimale, il tutto in una prima condizione di ostruzione del camino collegato al bruciatore,

ï€ la figura 3 à ̈ un grafico analogo a quello di figura 2 in cui sono rappresentate le relazioni tra le medesime variabili al variare della percentuale di ostruzione del camino collegato al bruciatore,

ï€ la figura 4 à ̈ uno schema a blocchi semplificato di un processo di controllo del bruciatore di figura 1.

Modo preferito di realizzazione dell’invenzione

Nelle figure, con 1 à ̈ schematicamente indicato un bruciatore, il quale à ̈ dotato di un sistema di controllo della combustione, realizzato per operare in accordo con il metodo della presente invenzione.

Il bruciatore 1 à ̈ alloggiato in una caldaia 2, ad uso domestico o commerciale, destinata preferibilmente alla produzione di acqua calda sanitaria e/o asservita ad un circuito di riscaldamento di ambienti, in modo di per sé noto e non illustrato nelle figure accluse.

Il bruciatore 1 comprende una camera di combustione 3, la quale à ̈ alimentata da un primo condotto 4 e da un secondo condotto 5, predisposti per immettere nella camera di combustione 3, una portata di aria e, rispettivamente, una portata di gas combustibile. Preferibilmente, il secondo condotto 5 si immette nel primo condotto 4 immediatamente a monte della camera di combustione 3 (bruciatore a premiscelazione).

Una prima strozzatura di misura 6 e una seconda strozzatura di misura 7, dimensionate in modo tale da concentrare su di esse una parte preponderante delle perdite di carico dei rispettivi condotti, sono predisposte rispettivamente nel primo e nel secondo condotto 4, 5 prima dell’unione tra i due condotti. L’aria viene preferibilmente immessa lungo il primo condotto 4 da un ventilatore 8, posizionato preferibilmente a monte della prima strozzatura 6, la cui girante può essere comandata in rotazione con una velocità variabile tra circa 0 e un numero di giri massimo (nmax). In questo senso, il ventilatore 8 forma anche i primi mezzi di regolazione della portata di aria immessa nel primo condotto 4.

In forme alternative di realizzazione, la portata di aria immessa nel primo condotto 4 può essere fatta variare utilizzando sistemi diversi.

La quantità di gas combustibile immessa alla camera di combustione 3, viene invece variata mediante secondi mezzi di regolazione associati al secondo condotto 5, i quali, preferibilmente, comprendono una valvola modulante 9, inserita nel secondo condotto 5 a monte della seconda strozzatura 7.

La camera di combustione 3 à ̈ predisposta per essere collegata a valle ad un camino 10, attraverso cui sono evacuati i gas esausti della combustione. Il camino 10 presenta una lunghezza ed una conformazione geometrica, che, in generale, sono variabili da caso a caso. Inoltre, il camino 10 può variare nel tempo la sua resistenza al flusso dei gas esausti, a causa di ostruzioni parziali della sua sezione, dovute ad esempio a corpi estranei entrati dall’esterno o all’accumulo di sporcizia lungo il camino.

Il bruciatore 1 comprende inoltre un misuratore di pressione differenziale 11, collegato da un lato al primo condotto 4 in un punto 4a a monte della prima strozzatura 6 e il ventilatore 8, e dall’altro lato al secondo condotto 5, in un punto 5a compreso tra la seconda strozzatura 7 e la valvola modulante 9.

Se, come nell’esempio preferito qui descritto, il ventilatore 8 si trova a monte della prima strozzatura 6, il punto 4a à ̈ definito in una posizione intermedia tra il ventilatore 8 e la prima strozzatura 6. Se, al contrario, il ventilatore 8 à ̈ predisposto a valle della prima strozzatura 6, allora il punto 4a risulta a monte sia della prima strozzatura 6 che del ventilatore 8.

Il misuratore di pressione differenziale 11, comprende, preferibilmente, un estensimetro elettrico, in grado di trasformare piccole deformazioni dimensionali cui viene sottoposto dalla differenza di pressione presente tra il primo ed il secondo condotto 4 e 5, in segnali elettrici rilevabili, senza per questo richiedere un passaggio di fluido tra il primo e il secondo condotto 4, 5. L’estensimetro elettrico viene scelto in modo opportuno, in modo tale da presentare una elevata sensibilità ed un elevato intervallo di misura così da coprire adeguatamente il campo di valori entro il quale viene regolata la potenza del bruciatore 1.

In questo senso, Ã ̈ preferibile che la prima e la seconda strozzatura 6 e 7 siano dimensionate in modo tale che la differenza di pressione presente tra primo e secondo condotto 4 e 5, in condizioni di flusso minimo di aria e gas (corrispondenti alla potenza minima di funzionamento del bruciatore 1) sia superiore a 1 Pa e preferibilmente sia superiore a 2,5 Pa.

L’estensimetro elettrico può essere sia di tipo classico che di tipo a semiconduttore (altrimenti detto sensore piezoresistivo). In quest’ultimo caso, all’estensimetro potrà essere associato un controllo di temperatura per compensare l’eventuale deriva della misura causata da una variazione di temperatura.

Preferibilmente, l’estensimetro elettrico à ̈ alimentato con una tensione ad impulsi aventi frequenza e valore opportuni, in modo da avere un segnale di risposta adeguato per consentire una sua corretta lettura, senza rischiare di causare danni all’estensimetro elettrico.

Nella camera di combustione 3 à ̈ inoltre predisposto un elettrodo 12, posizionato in corrispondenza della fiamma al fine di misurare una corrente di ionizzazione della medesima. In questo modo, può essere innanzitutto rilevata la presenza della fiamma e, in seconda battuta, può essere anche determinato il tipo di gas combustibile impiegato nella combustione.

Le quantità di aria e di gas combustibile immesse nella camera di combustione 3 sono regolate da un dispositivo di controllo 20 il quale à ̈ associato al misuratore di pressione differenziale 11, all’elettrodo 12, nonché ai primi e ai secondi mezzi di regolazione delle portate di aria e gas 8 e 9.

Il dispositivo di controllo 20 Ã ̈ predisposto per controllare il bruciatore secondo il metodo della presente invenzione, di seguito illustrato in dettaglio.

Nel dispositivo di controllo 20 vengono memorizzate dal costruttore le relazioni intercorrenti tra le seguenti variabili: numero di giri del ventilatore 8 (n), portata d’aria nel primo condotto 4 (QA), portata di gas combustibile ottimale nel secondo condotto 5 (QG) e pressione differenziale ottimale ( ï „P) tra primo e secondo condotto, in funzione della potenza termica richiesta e del tipo di gas utilizzato.

Il grafico rappresentato in figura 2 Ã ̈ una esemplificazione di come possono essere stabilite tali relazioni per un gas specifico. Tale grafico rappresenta un grafico multiplo in cui il semiasse sinistro delle ascisse riporta il numero di giri al minuto del ventilatore (n), il semiasse destro delle ascisse la portata volumetrica di gas (QG), il semiasse inferiore delle ordinate riporta la portata volumetrica di aria (QA) e il semiasse superiore delle ordinate la pressione differenziale (ï „P).

Nel quadrante in basso a sinistra del grafico di figura 2, à ̈ rappresentata una curva A che correla il numero di giri n del ventilatore 8 alla portata di aria QA. Tale relazione à ̈ determinata dalle caratteristiche del ventilatore 8 e dalle caratteristiche geometriche del condotto percorso dall’aria dal suo ingresso fino all’uscita dal camino 10 (compreso il passaggio all’interno della caldaia) ed à ̈ pertanto calcolabile con precisione in condizioni di camino controllato, cioà ̈ in condizioni in cui il camino ha una geometria nota e definita.

In particolare, una condizione preferita di camino controllato à ̈ rappresentata dalla condizione di assenza di camino, in cui la perdita di carico ad esso imputabile risulta pari a zero, e concretamente realizzabile scollegando la camera di combustione 3 dal camino 10. In questo caso le perdite di carico del flusso d’aria sono sostanzialmente concentrate a livello della prima strozzatura 6.

Nel quadrante in basso a destra del grafico di figura 2, Ã ̈ rappresentata una curva B che correla la portata di aria QAcon la portata di gas combustibile ottimale QG.

È noto che per ottenere una corretta combustione, la portata di gas e la portata di aria devono essere in un determinato rapporto volumetrico, che, sostanzialmente, dipende dal tipo di gas combustibile.

Pertanto per ogni tipo di gas combustibile (o, analogamente, per ogni miscela di gas combustibili), può essere determinata una curva che correli ad ogni valore di portata di aria, il valore di portata di gas che dia luogo ad una combustione ottimale.

In pratica, il rapporto ottimale tra portate di aria e gas à ̈ stabilito in ragione di una determinata percentuale di eccesso di aria rispetto al rapporto stechiometrico, tipicamente compresa tra il 110% e il 130% del rapporto stechiometrico.

Pertanto, almeno in prima approssimazione, la curva B risulta avere un andamento sostanzialmente lineare. Naturalmente, il medesimo principio si applica anche per relazioni tra portate di gas e di aria non lineari.

Generalmente, inoltre, il bruciatore 1 à ̈ dimensionato per operare in un determinato intervallo di lavoro, in particolare il suo corretto funzionamento richiede di operare con una portata di gas minima, così che questo valore, denominato QGmin, sia di fatto imposto e predeterminato.

Il limite operativo superiore del bruciatore 1 à ̈ in genere determinato dalla capacità del ventilatore 8, così che la potenza massima del bruciatore 1 si ottenga al valore di nmax, anch’esso predeterminato dalle caratteristiche del ventilatore 8.

Inoltre, essendo la curva B diversa da gas a gas, à ̈ previsto che nel dispositivo di controllo 20 siano preferibilmente immagazzinate le curve relative ad una pluralità di gas o di miscele di gas, normalmente utilizzate quali combustibili in un bruciatore del tipo di quello oggetto della presente invenzione.

La scelta del tipo di gas utilizzato, ovvero la scelta della curva B corretta da utilizzare viene effettuata mediante analisi della corrente di ionizzazione rilevata dall’elettrodo 12, secondo modalità in sé note ad esempio da US 4645450, US 2004/0096789 e DE 3937290.

Questo tipo di analisi, consente di individuare un certo tipo di gas tra una pluralità precedentemente memorizzata nel dispositivo di controllo e quindi di individuare la curva B corretta.

Tale analisi viene convenientemente effettuata in modo automatico a scadenze temporali prefissate, opportunamente scelte dal costruttore.

In una versione alternativa del sistema di controllo del bruciatore 1, più semplice e non illustrata nelle figure accluse, à ̈ possibile che la scelta del gas combustibile usato (e quindi l’impostazione della curva B di lavoro) sia effettuata manualmente da un operatore, ad esempio al momento dell’installazione della caldaia 2.

Nel quadrante in alto a destra del grafico di figura 2, à ̈ infine rappresentata una curva C che correla la portata di gas combustibile ottimale QGcon la pressione differenziale ï „P che si stabilisce tra il primo e il secondo condotto 4, 5 quando in essi fluiscono la portata d’aria QAe la corrispondente portata di gas ottimale QG.

La pressione differenziale ï „P resta univocamente determinata una volta note le caratteristiche geometriche dei condotti 4 e 5.

Infatti, dette PAe PGle pressioni di aria e gas rilevate in corrispondenza dei punti 4a e 5a e PCla pressione della miscela aria gas in corrispondenza di un punto immediatamente a valle dell’immissione del secondo condotto 5 nel primo condotto 4, le portate di aria e di gas combustibile sono ricavabili rispettivamente dalle relazioni (1) e (2):

Q 2

A= KA*(PA-PC) (1)

Q 2

G= KG*(PG-PC) (2)

da cui, considerando che la portata di gas ottimale à ̈ legata alla portata di aria da una relazione determinata, ad esempio una relazione (3) di tipo lineare:

QA= KCQG(3)

si ricava che:

ï „P = (PA–PG) = Q 2

G*(K -1 2

AKC- K -1

G) (4)

La pressione differenziale rispetto alla portata di gas ottimale data una certa portata di aria risulta avere quindi un andamento quadratico monotono crescente, come evidenziato dalla curva C.

Nel grafico di figura 2 rimane innanzitutto individuato il campo operativo del bruciatore 1, delimitato inferiormente dalla portata minima di gas richiesta dal bruciatore (QGmin) e superiormente dal numero di giri massimo del ventilatore 8 (nmax).

Si apprezzerà inoltre che il grafico di figura 2 consente di individuare univocamente le condizioni operative per una combustione ottimale del bruciatore 1 partendo da una qualsiasi delle variabili rappresentate.

Ad esempio, partendo da un numero di giri n1, si ricava che i valori di portata di aria e di gas che consentono una combustione ottimale sono QA1e QG1, e che tali portate determinano una pressione differenziale tra i punti 4a e 5a pari ï „P1.

Come detto in precedenza, le curve di figura 2 sono ricavate in condizioni di camino controllato, in particolare in condizioni di assenza di camino.

Nelle condizioni reali di esercizio, tuttavia, la presenza del camino 10 può non essere trascurabile e, in generale la sua influenza sulla resistenza al flusso dei gas esausti e conseguentemente anche dell’aria e del gas combustibile può variare nel tempo.

In particolare, l’effetto di una resistenza non trascurabile a livello del camino 10 si traduce in diversa curva A’ che correla il numero di giri n con la portata di aria QA.

Nel grafico di figura 3 sono riportate diverse curve A’, A’’, A’’’ che correlano il numero di giri n del ventilatore 8 con la portata di aria QAal crescere della percentuale di ostruzione del camino 10.

In particolare, le curve A’, A’’, A’’’ presentano una inclinazione via via inferiore rispetto all’asse delle ascisse, il che determina una ridefinizione del campo operativo del bruciatore 1.

Infatti per garantire la portata minima di gas richiesta dal bruciatore (QGmin), sarà necessario un numero di giri n superiore rispetto al valore nminrelativo alla condizione di assenza di camino e, inoltre, portando il ventilatore 8 al numero di giri massimo (nmax) si otterrà una portata di aria (e quindi di gas e di pressione differenziale) inferiore rispetto alla condizione di assenza di camino.

Ne consegue che, per la combinazione di questi due effetti, il campo operativo del bruciatore 1 viene complessivamente ristretto all’aumentare della percentuale di ostruzione del camino.

Tale effetto à ̈ ben evidenziato anche dalla tabella seguente in cui sono riportati i valori del numero di giri minimo e massimo del ventilatore (in giri/min), delle portate di aria e di gas minime e massime (in m3/h) in condizione di rapporto di combustione ottimale, nonché della conseguente pressione differenziale (in Pa) tra i punti 4a e 5a, al variare della percentuale di ostruzione del camino 10, rappresentate nel grafico 3 rispettivamente dalle curve A, A’, A’’ e A’’’.

Tabella 1

% ostr. camino nminnmaxQAminQAmaxQGminQGmaxï „Pminï „Pmax0 1000 6000 0.65 3.50 0.5 2.7 5 260 10 1100 6000 0.65 3.25 0.5 2.5 5 100 30 1600 6000 0.65 2.85 0.5 2.2 5 90 50 2500 6000 0.65 1.95 0.5 1.5 5 50

Convenientemente, nel dispositivo di controllo 20 sono memorizzate le relazioni tra il numero di giri n del ventilatore 8 e la pressione differenziale ottimale ï „P al variare della percentuale di ostruzione del camino 10, a partire dalla condizione di assenza di camino fino ad una percentuale di ostruzione massima, considerata come la massima ammissibile per condurre la combustione nel bruciatore 1 in condizioni di sicurezza.

Tali relazioni possono essere memorizzate nel dispositivo di controllo 20 sotto forma di tabelle ovvero sotto forma di funzioni matematiche, eventualmente ricavate da un processo di fitting dei punti discreti definiti dalle tabelle.

Secondo un primo aspetto della presente invenzione, quindi, il sistema di controllo del bruciatore 1 opera scegliendo la corretta relazione tra ï „P e n, in funzione della percentuale ostruzione del camino 10.

A tale scopo, à ̈ previsto che il sistema di controllo effettui, ad intervalli temporali predefiniti, una fase di misurazione automatica della percentuale di ostruzione del camino 10, secondo le modalità descritte in dettaglio nei paragrafi che seguono.

Tale fase di misurazione della percentuale di ostruzione del camino à ̈ ricavata misurando la pressione differenziale tra i punti 4a e 5a, mediante l’estensimetro elettrico 11, in assenza di flusso di gas (cioà ̈ con valvola modulante 9 completamente chiusa) e con il ventilatore 8 impostato ad un valore predefinito nC.

Posto che il flusso nel secondo condotto 5 à ̈ nullo, la misura di pressione differenziale così rilevata corrisponde sostanzialmente alla perdita di carico causata dalla prima strozzatura 6 al flusso di aria sospinto lungo il primo condotto 4.

Tale valore rilevato viene quindi confrontato con una tabella di valori riportanti la pressione differenziale tra monte e valle della prima strozzatura 6 in condizioni di differente percentuale di ostruzione del camino 10 (a partire da una condizione di assenza di camino fino ad una condizione di ostruzione massima ammissibile), in modo da calcolare la percentuale di ostruzione del camino con cui si trova ad operare il bruciatore 1.

Tale tabella di valori à ̈ preventivamente immagazzinata nel dispositivo di controllo 20 e può essere ricavata da calcoli teorici ovvero da appropriate misure sperimentali condotte in condizioni camino controllato, partendo ad esempio da una condizione di camino con una sezione molto ampia (comparabile ad una condizione di camino assente) e poi via via misurando la caduta di pressione determinata dalla prima strozzatura 6 a seguito di successive diminuzioni controllate della sezione del camino. Naturalmente queste misurazioni vengono effettuate mantenendo costante il numero di giri del ventilatore 8 al valore predefinito nC.

In una modalità alternativa, à ̈ previsto che la percentuale di ostruzione del camino sia ricavata basandosi su misurazioni della pressione differenziale tra i punti 4a e 5a, condotte a due o più valori predefiniti del numero di giri del ventilatore 8, anziché al solo valore predefinito nC.

Sulla base del valore di percentuale di ostruzione del camino ricavato dal confronto anzidetto, il dispositivo di controllo 20 sceglie la relazione corretta tra ï „P ottimale e n (in forma di curva o di tabella) sulla base della quale à ̈ pronto a controllare il funzionamento del bruciatore 1, ricavando innanzitutto il limite inferiore del campo operativo del bruciatore 1 determinato dal numero minimo di giri (nmin) necessario al ventilatore 8 per immettere nella camera di combustione una portata minima di aria e conseguentemente di gas, in accordo con le specifiche di funzionamento del bruciatore stesso.

La fase di misurazione della percentuale di ostruzione del camino 10 viene effettuata, come detto sopra, secondo intervalli temporali regolari, in modo automatico, cioà ̈ senza intervento di un operatore.

Tale misurazione può essere effettuata, ad esempio, ad ogni accensione del bruciatore 1, qualora i tempi della procedura di misurazione siano sufficientemente rapidi, oppure in occasione dell’accensione del bruciatore 1 su richiesta del circuito di riscaldamento, per il quale la rapidità di produzione di acqua calda à ̈ meno importante. In alternativa, o in aggiunta, la procedura di misurazione della percentuale di ostruzione del camino 10 può essere misurata con frequenza puramente temporale, anche indipendentemente da una richiesta di accensione del bruciatore. Ad esempio tale misurazione può avvenire con frequenza almeno giornaliera.

Preferibilmente, la misurazione della percentuale di ostruzione del camino, oltre a consentire la scelta della corretta relazione tra ï „P ottimale e n, viene utilizzata anche per segnalare una situazione di ostruzione eccessiva, che richiede un intervento di manutenzione del camino, o, nei casi più gravi, anche per comandare lo spegnimento del bruciatore 1 per mancanza delle condizioni di sicurezza.

A titolo meramente esemplificativo, si può determinare che il dispositivo di controllo 20 comandi lo spegnimento del bruciatore 1, lanciando un opportuno segnale di allarme, quando la percentuale di ostruzione del camino superi una soglia del 50%, e che si limiti a lanciare un segnale di attenzione (proseguendo tuttavia la procedura di accensione del bruciatore) quando la percentuale di ostruzione del camino sia compreso tra il 30% e il 50%.

Una volta determinata la relazione corretta tra ï „P ottimale e n, il dispositivo di controllo 20 regola il funzionamento del bruciatore 1 secondo le modalità seguenti, riportate nello schema a blocchi illustrato in figura 4.

Quando alla caldaia 2 arriva una richiesta di potenza del bruciatore, trasmessa ad esempio da un termostato ambiente collegato al circuito di riscaldamento, ovvero dalla richiesta di acqua calda sanitaria, il dispositivo di controllo 20 provvede ad impostare il numero di giri n del ventilatore 8 su un primo valore di impostazione n’, determinato ad esempio dal tipo di richiesta pervenuta, avendo cura che tale primo valore di impostazione n’ sia superiore al valore nmin.

In funzione del primo valore di impostazione n’, il dispositivo di controllo calcola, sulla base della relazione scelta in funzione della percentuale di ostruzione del camino, la pressione differenziale ottimale ï „P’ che si deve avere tra il primo e il secondo condotto 4 e 5 affinché le portate di aria e di gas combustibile siano nel rapporto corretto per una combustione ottimale.

A questo punto viene rilevata dal misuratore di pressione differenziale 11 la pressione differenziale reale tra i punti 4a e 5a e il dispositivo di controllo 20 confronta la pressione differenziale reale con la pressione differenziale ottimale ï „P’, trasmettendo poi un segnale di regolazione alla valvola modulante 9 per comandarne l’apertura o la chiusura in modo tale da portare la pressione differenziale reale al valore di ï „P’ ottimale. Questa fase di regolazione della valvola modulante 9 procede secondo modalità di controllo PID in sé note. Se varia la potenza richiesta al bruciatore, il dispositivo di controllo 20 imposta un nuovo valore n’’ del numero di giri del ventilatore e si ripete la fase di regolazione della valvola modulante 9 sopra descritta per portare la pressione differenziale misurata ad nuovo valore ï „P’’ ottimale.

Al termine della richiesta di potenza, il dispositivo di controllo 20 comanda lo spegnimento del bruciatore 1.

Nell’esempio preferito qui descritto, i mezzi di regolazione comandati dal dispositivo di controllo 20 per variare la pressione differenziale fino a portarla al valore ï „P ottimale, sono rappresentati dalla valvola modulante 9, tuttavia, in linea teorica, il principio di funzionamento potrebbe essere invertito, impostando un valore di apertura alla valvola modulante 9 e poi regolando il numero di giri del ventilatore 8 per portare la pressione differenziale al valore ï „P ottimale.

Per consentire la corretta misurazione della pressione differenziale tra i punti 4a e 5a, Ã ̈ previsto che il misuratore di pressione differenziale 11 sia adeguatamente calibrato.

Preferibilmente, Ã ̈ previsto che tale fase di calibrazione possa essere effettuata automaticamente dal dispositivo di controllo 20, su comando di un operatore, in occasione della fase di installazione della caldaia e di eventuali momenti successivi di revisione e manutenzione della stessa, come ad esempio a seguito della sostituzione del misuratore di pressione differenziale.

La fase di calibrazione prevede la misurazione di una pluralità di pressioni differenziali, ad esempio ï „P11, ï „P12e ï „P13, in assenza di flusso di gas e in condizioni di camino controllato, preferibilmente in condizioni di assenza di camino, corrispondente ad una pluralità di valori predefiniti, ad esempio n11, n12e n13.

Dopo di che, il dispositivo di controllo 20 provvede a ricavare una funzione di trasformazione della pressione differenziale misurata dal misuratore di pressione differenziale 11, sulla base del confronto tra pressioni differenziali misurate ï€ ï „P11,ï „P12eï „P13, e una corrispondente pluralità di valori di pressioni differenziali ï „P’11,ï „P’12e ï „P’13determinate teoricamente sulla base dei valori predefiniti del numero di giri del ventilatore n11, n12e n13.

Sulla base di questa funzione di trasformazione, le misurazioni del misuratore di pressione differenziali 11, in genere potenzialmente affette da errore, sono riportate a valori di pressione differenziale reali dal dispositivo di controllo 20. Naturalmente, il confronto tra valori misurati e valori teorici può essere effettuato su un qualsiasi numero opportuno di misurazioni.

La procedura di calibrazione sopra descritta può essere condotta automaticamente su comando di un operatore, e richiede semplicemente che siano ripristinate le condizioni di camino controllato su cui sono stati determinati i valori di teorici ï „P’11, ï „P’12e ï „P’13, il che, nel caso in cui tali condizioni siano convenientemente riferite ad una assenza di camino, comporta che la caldaia sia scollegata dal camino stesso durante tale procedura.

La presente invenzione risolve quindi il problema sopra lamentato con riferimento alla tecnica nota citata, offrendo nel contempo numerosi altri vantaggi, tra cui il fatto di utilizzare componenti di costo contenuto e di monitorare costantemente le condizioni di ostruzione del camino.

Claims (18)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per il controllo della combustione in un bruciatore (1) di una caldaia (2), detto bruciatore comprendendo: - una camera di combustione (3), - un primo condotto (4) dotato di una prima strozzatura (6), atto a immettere aria in detta camera di combustione, - primi mezzi di regolazione (8) associati a detto primo condotto (4), predisposti per variare la quantità di aria (QA) immessa in detto primo condotto, - un secondo condotto (5) dotato di una seconda strozzatura (7), atto a immettere un gas combustibile in detta camera di combustione, - secondi mezzi di regolazione (9) associati a detto secondo condotto a monte di detta seconda strozzatura, predisposti per variare la quantità di gas (QG) immessa in detto secondo condotto; - un misuratore di pressione differenziale (11) collegato da un lato (4a) a detto primo condotto (4) a monte di detta prima strozzatura (6), e, dall’altro lato (5a), a detto secondo condotto (5) tra detta seconda strozzatura (7) e detti secondi mezzi di regolazione; e - un camino (10) attraverso cui sono evacuati i gas esausti a valle di detta camera di combustione, detto metodo comprendendo le fasi di: - impostare uno tra detti primi e detti secondi mezzi di regolazione su un primo valore di impostazione (n’), - calcolare, in funzione di detto primo valore di impostazione, la pressione differenziale ottimale (ï „P’) tra detto primo e detto secondo condotto, corrispondente ad un rapporto tra flusso di aria e flusso di gas desiderato e considerato ottimale per la combustione, - rilevare la pressione differenziale reale tramite detto misuratore di pressione differenziale, - regolare l’altro tra detti primi e detti secondi mezzi di regolazione in modo da ottenere una pressione differenziale reale sostanzialmente coincidente con detta pressione differenziale ottimale, ed essendo caratterizzato dal fatto di prevedere, ad intervalli temporali predefiniti, una fase di misurazione automatica di una percentuale di ostruzione di detto camino in modo tale che detta pressione differenziale ottimale sia calcolata tenendo conto della variazione nel tempo della resistenza di detto camino al flusso di detti gas esausti.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detta misurazione della percentuale di ostruzione del camino à ̈ ricavata misurando detta pressione differenziale in assenza di flusso di gas e con i primi mezzi di regolazione (8) impostati ad un valore predefinito (nC).
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 2, in cui detta pressione differenziale misurata in assenza di flusso di gas e con i primi mezzi di regolazione impostati ad un valore predefinito à ̈ confrontata con almeno un valore di pressione differenziale misurata in condizioni di camino controllato.
4. 4. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta misurazione della percentuale di ostruzione del camino à ̈ effettuata con frequenza almeno giornaliera.
5. 5. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta misurazione della percentuale di ostruzione del camino à ̈ effettuata immediatamente prima dell’accensione di detto bruciatore.
6. 6. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti primi mezzi di regolazione comprendono un ventilatore (8) a numero di giri variabile e in cui il numero di giri minimo (nmin) di detto ventilatore in grado di garantire il funzionamento di detto bruciatore à ̈ determinato sulla base di detta misurazione della percentuale di ostruzione del camino.
7. 7. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti secondi mezzi di regolazione comprendono una valvola modulante (9), detta valvola modulante essendo regolata in funzione di detta misurazione di pressione differenziale.
8. 8. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta misurazione di pressione differenziale à ̈ effettuata mediante un estensimetro elettrico.
9. 9. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui à ̈ prevista una fase di calibrazione di detto misuratore di pressione differenziale (11) comprendente le fasi di: - misurare una pluralità di pressioni differenziali (ï „P11, ï „P12, ï „P13) in assenza di flusso di gas e in condizioni di camino controllato, corrispondente ad una corrispondente pluralità di valori predefiniti di impostazione di detti primi mezzi di regolazione (n11, n12, n13), - ricavare una funzione di trasformazione della pressione differenziale misurata da detto misuratore di pressione differenziale sulla base del confronto di detta pluralità di pressioni differenziali misurate (ï „P11,ï „P12, ï „P13), con una corrispondente pluralità di valori di pressioni differenziali ( ï „P’11,ï „P’12,ï „P’13) determinate teoricamente sulla base di detti valori predefiniti di impostazione dei primi mezzi di regolazione.
10. 10.Metodo secondo la rivendicazione 9, in cui detta fase di calibrazione del misuratore di pressione differenziale viene effettuata periodicamente.
11. 11.Metodo secondo la rivendicazione 9 o 10, in cui detta fase di calibrazione del misuratore di pressione differenziale viene effettuata in condizioni di assenza di camino.
12. 12.Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui dette prima e seconda strozzatura sono dimensionate in modo tale che la pressione differenziale ottimale, nel campo operativo del bruciatore, sia maggiore di 1 Pa, preferibilmente maggiore di 2,5 Pa.
13. 13.Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta pressione differenziale ottimale à ̈ calcolata in funzione del tipo di gas combustibile immesso in detta camera di combustione.
14. 14.Metodo secondo la rivendicazione 13, in cui il tipo di gas combustibile à ̈ determinato mediante analisi della corrente di ionizzazione in corrispondenza della fiamma in detta camera di combustione.
15. 15.Sistema di controllo della combustione in un bruciatore (1) di una caldaia (2), comprendente: - una camera di combustione (3), - un primo condotto (4) dotato di una prima strozzatura (6), atto a immettere aria in detta camera di combustione, - primi mezzi di regolazione (8) associati a detto primo condotto, predisposti per variare la quantità di aria immessa in detto primo condotto, - un secondo condotto (5) dotato di una seconda strozzatura (7), atto a immettere gas in detta camera di combustione, - secondi mezzi di regolazione (9) associati a detto secondo condotto a monte di detta seconda strozzatura, predisposti per variare la quantità di gas immessa in detto secondo condotto; - un misuratore di pressione differenziale (11) collegato da un lato (4a) a detto primo condotto tra detta prima strozzatura e detti primi mezzi di regolazione, e, dall’altro lato (5a), a detto secondo condotto tra detta seconda strozzatura e detti secondi mezzi di regolazione; - un camino (10 attraverso cui sono evacuati i gas esausti a valle di detta camera di combustione, - un dispositivo di controllo (20) associato a detto misuratore di pressione differenziale per ricevere un segnale correlato ad una pressione differenziale misurata, e associato a detti primi e secondi mezzi di regolazione per comandare uno di detti primi o secondi mezzi di regolazione sulla base di una comparazione di detto segnale con un valore di pressione differenziale ottimale, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di controllo (20) à ̈ predisposto per ricavare detto valore di pressione differenziale ottimale in funzione di un valore impostato dell’altro di detti primi e detti secondi mezzi di regolazione e in funzione di una percentuale di ostruzione di detto camino, nonché dal fatto di essere predisposto per misurare automaticamente detta percentuale di ostruzione di detto camino ad intervalli temporali predefiniti.
16. 16.Sistema di controllo secondo la rivendicazione 15, in cui detto misuratore di pressione differenziale (11) comprende un estensimetro elettrico.
17. 17. Sistema di controllo secondo la rivendicazione 16, in cui dette prima e seconda strozzatura (6, 7) sono dimensionate in modo tale che la pressione differenziale ottimale sia sempre superiore a 1 Pa, preferibilmente superiore a 2,5 Pa.
18. 18. Sistema di controllo secondo la rivendicazione 16 o 17, in cui detto estensimetro elettrico à ̈ alimentato con una tensione ad impulsi.