NL1018771C2 - Regelinrichting voor het toevoeren van een gasstroom aan een gasgebruikstoestel. - Google Patents

Description

Titel: Regelinrichting voor het toevoeren van een gas- stroom aan een gasgebruikstoestel.

De uitvinding heeft betrekking op een regelinrichting 5 voor het toevoeren van een gasstroom aan een gasgebruikstoestel, zoals een inwendige verbrandingsmotor (al dan niet met drukvulling) of een verbrandingsketel. De uitvinding is zowel bestemd voor toevoeren van relatief rijke gassen zoals aardgas of LPG-damp, als arme gassen zoals biogas. In 10 het bijzonder wordt de uitvinding toegepast in een zgn.

lambda-regeling.

De stand van de techniek bevat reeds veel basiskennis die gebruikt is voor de onderhavige uitvinding. Zo kan bij de onderhavige regelinrichting als gasmenginrichting een 15 gascarburator van het venturi-type gebruikt worden, waarvan een voorbeeld is beschreven in de Europese octrooiaanvrage 85.200.726.9. Binnen het kader van de uitvinding is ook toepassing van een ander type gasmenginrichting denkbaar.

Voor een beschrijving van de algemene problematiek die 20 speelt bij het toevoeren van een gasstroom aan een gasgebruiktstoestel wordt verwezen naar NL-A-8702256.

Een voorbeeld van de bij de regelinrichting te gebruiken drukregelaar van het nuldruk-type is bekend uit NL-A-177.142. Een dergelijke drukregelaar bezit een gasafsluiter 25 die in afhankelijkheid van de gasvraag door het gasgebruikstoestel meer of minder gas doorlaat. De openingstand van deze gasafsluiter wordt bestuurd door het verschil tussen twee referentiedrukken; een referentieluchtdruk en een referentiegasdruk. In een praktische uitvoering bezit 30 de drukregelaar daartoe een door een membraan in twee delen gescheiden kamer, waarbij dat membraan verbonden is met de gasafsluiter om deze in afhankelijkheid van zijn vervorming te verplaatsen. Aan de ene zijde van dat membraan heerst de referentieluchtdruk en aan zijn andere zijde de referentie-35 gasdruk. Voor de uitvinding is deze drukregelaar in het algemeen geschikt voor een relatief lage toevoerdruk in de orde van 10 tot 50 mbar. Wezenlijk voor deze lagedrukre-gelaar is, dat deze aan zijn uitlaat een druk tracht te handhaven die gelijk is aan de ref erentiegasdruk. De refe-40 rentieluchtdruk is veelal de omgevingsluchtdruk, doch kan 1 n 1 Q 7 *7 4 2 ook een andere druk zijn, zoals na een luchtfilter.

Voor de onderhavige uitvinding kan de lagedrukregelaar van een type zijn zoals voor beweeglijke opstelling (bijvoorbeeld op een vrachtwagen), of voor vaste opstelling 5 (bijvoorbeeld aan een warmte-kracht installatie voor bijvoorbeeld de glastuinbouw).

De regelinrichting volgens de onderhavige uitvinding is geschikt voor toepassing in gastoevoersystemen met een zgn. hoofdafstelbout waarmee uitgaande van standaardcompo-10 nenten, zoals lagedrukregelaar, gas- en luchtleidingen en gas/luchtmenger, een eenmalige fijnafstemming overeenkomstig de behoeften van het gasgebruikstoestel en het gebruikte gastype mogelijk is.

In het onderhavige vakgebied wordt voortdurend ge-15 tracht om over het gehele vermogensgebied van het gasgebruikstoestel het juiste lucht/gasmengsel daaraan toe te voeren. Daarbij moet, rekening houdend met de van overheidswege gestelde eisen aan de uitlaatgassamenstelling, een telkens optimaal verbrandingsrendement worden nage-20 streefd onder vermijding van factoren als oneenparigheid van het motorbedrijf, detonatie, overslaan, enz.

Met de onderhavige uitvinding wordt een bijdrage geleverd aan dit streven. Daartoe wordt voorgesteld om, in afwijking van eerdere voorstellen, voor het regelen van de 25 gasstroom gebruik te maken van middelen, zoals een stro-mingspassage, voor het opwekken van een stuurfluïdumstroom voor het beïnvloeden van één of beide van de referentie-drukken, d.w.z. de referentieluchtdruk en/of referentiegas-druk. Voor een goede werking verdient het de voorkeur dat 30 deze stuurfluïdumstroom althans één, met meer voorkeur althans twee stromingsrestricties passeert, waarbij bij voorkeur de fluïdumstroom op weg van de ene stromingsre-strictie naar de andere door een referentiedrukruimte stroomt. Ook verdient het de voorkeur, dat die stuurflu-35 idumstroom in direct contact stroomt langs het membraan dat de stand van de gasafsluiter bepaalt. Deze stuurfluïdumstroom zal in de regel een bypass zijn van de fluïdumstroom die de gasafsluiter van de gasdrukregelaar passeert. In een 1018771 3 voorkeursuitvoering beweegt die stuurfluïdumstroom zich door de gasdrukkamer, d.w.z. de kamer die wordt begrensd door de naar de referentiegasdruk gekeerde zijde van het membraan dat de stand van de gasafsluiter regelt. In dat 5 geval is de referentiegasdruk ongelijk aan de uitgangsdruk van de nuldrukregelaar. Bij voorkeur is deze stuurfluïdumstroom actief geregeld door een actief regelmiddel, zoals een electronisch geregelde afsluiter die die stuurfluïdumstroom meer of minder kan smoren. De mate waarin deze 10 stuurafsluiter verder of minder ver geopend is, geschiedt bij voorkeur computerbestuurd op basis van relevante bedrijf sparameters van het gasgebruikstoestel zoals het restzuurstofniveau in de uitlaatgassen, inlaatdruk, inlaat-temperatuur, uitlaattemperatuur, (electrisch) vermogen, 15 toerental. In een voorkeursuitvoering berekent de computer de gewenste stand van de stuurafsluiter uit althans twee van dergelijke bedrijfsparameters. Aldus is de stuurafslui-ter verbonden met een regelinrichting die is verbonden met een of meer sensoren voor het meten van dergelijke 20 bedrijfsparameters van het gasgebruikstoestel.

Gebleken is dat, in combinatie met geschikte bestu-ringprotocollen die voor de' vakman zonder meer proefondervindelijk zijn te ontwikkelen en die bijvoorbeeld met een eenvoudige PLC of equivalent kunnen worden uitgevoerd, een 25 zeer nauwkeurige regeling van de gastoevoer kan worden bereikt over een groot vermogensgebied vanaf nullast tot maximum geleverd vermogen. De benodigde apparatieve inspanning is daarbij zeer beperkt, zodat de investerings- en onderhoudskosten laag zijn, en de regeling storingongevoe-30 lig en dus bijzonder betrouwbaar is.

Ook is gebleken dat een reeds bestaande regelinrichting van een gasgebruiksinstallatie gemakkelijk kan worden omgebouwd tot de regelinrichting volgens de onderhavige uitvinding. Daarnaast is gebleken dat bij gebruikmaking van 35 een luchtfilter daarvoor niet langer een drukcompensatie-systeem nodig is om te compenseren voor drukverandering in afhankelijk van de luchtfiltervervuilingsgraad.

In het hiernavolgende wordt de uitvinding toegelicht 1018771 4 aan de hand van niet-beperkende uitvoeringsvoorbeelden, waarbij verwezen wordt naar de bij gevoegde tekening. Deze toont in:

Fig. 1 de inventieve regelinrichting, in de gastoevoer 5 naar een inwendige zuigerverbrandingsmotor;

Fig. 2 een detail van de nuldrukregelaar van fig. 1 voor het toelichten van een alternatief volgens de uitvinding; en

Fig. 3 de inventieve regelinrichting, in de gastoevoer 10 naar een verbrandingsketel.

Fig. 1 toont de gasaanvoerleiding 1 waardoorheen verbrandingsgas via de gasafsluiter 2 van de nuldrukregelaar 3 en de hoofdafstelhout 4 naar de als venturi-carbura-teur uitgevoerde gas/luchtmenger 5 stroomt. De (niet weer-15 gegeven) verbrandingsmotor of de turbocompressor (eveneens niet weergegeven) daarvan zuigt omgevingslucht aan via de op het filter 6 aangesloten luchtleiding 7. De nuldrukregelaar 3 bezit een onderste kamer 8 en een bovenste kamer 9, die van elkaar gescheiden zijn door een membraan 10. Aan 20 dit membraan 10 is een met een balansveer 12 uitgeruste klepstoter 13 gemonteerd die bevestigd is aan de gasafsluiter 2, zodat op- en neergaande bewegingen van het membraan 10 resulteren in zich verder openen en sluiten van de gasafsluiter 2. In de bovenste kamer 9 heerst de referen-25 tieluchtdruk. In de onderste kamer 8 heerst de referentie-gasdruk, waartoe die onderste kamer 8 via een dunne meet-leiding 14 in fluïdumverbinding staat met het gas tussen de gasafsluiter 2 en de hoofdafstelhout 4. De voorgaande componenten en hun wederzijdse rangschikking zijn alle op 30 zich bekend.

Overeenkomstig de uitvinding is een relatief dunne stuurleiding of -passage 15 stroomopwaarts van de gasafsluiter 2 afgetakt van de gasaanvoerleiding 1 en mondt (via de reeds aanwezige externe impulsleiding aan de meeste 35 typen in de handel verkrijgbare nuldrukregelaars) uit in de onderste kamer 8 van de nuldrukregelaar 3. De gasstroming door deze stuurleiding 15 wordt meer of minder gesmoord door een electronisch geregelde afsluiter 16 en komt via de 10f877i 5 meetleiding 14 stroomafwaarts van de gasafsluiter 2 weer bij de hoofdgasstroom. De afsluiter 16 en de meetleiding 14 vormen een stromingsrestrictiepassage voor de gasstroming door de stuurleiding 15. Dientengevolge kan er een nauwkeu-5 rig bestuurde, in omvang beperkte, stuurfluïdumstroom door de onderste kamer 8 worden ingesteld, waarmee in die onderste kamer 8 een drukverdeling kan worden opgewekt. Aldus is het met de regelafsluiter 16 mogelijk, de primaire gas/luchtverhouding te wijzigen.

10 De stand van de regelafsluiter 16 is computerbestuurd op basis van de combinatie van ofwel de gemeten motorin-laatdruk en het gemeten restzuurstofgehalte in de motoruitlaat, ofwel de gemeten motorinlaatdruk en de gemeten motor-inlaattemperatuur. Deze computerbesturing kan de vakman met 15 zijn algemene vakkennis ontwikkelen, en behoeft daarom hierin niet verder gedetailleerd te worden. Aldus staat deze regelafsluiter in verbinding met een regelinrichting, die in verbinding staat met ofwel een motorinlaatdruksensor en een restzuurstofgehaltesensor, ofwel een motorinlaat-20 druksensor en een motorinlaattemperatuursensor.

Fig. 2 toont hoe de gewenste stuurfluïdumstroom door de onderste kamer 8 ook tot stand kan worden gebracht door een opening 17 te maken in de bodem van de onderste kamer 8 en de regelafsluiter 16 daarin op te nemen.

25 Fig. 3 toont de regelinrichting toegepast voor een gasgestookte ketel. Met de uitvoering volgens fig. 1 overeenstemmende onderdelen zijn met dezelfde verwijzingscij-fers aangeduid. In de bovenste kamer 9 wordt nu de door de ventilator 18 gegenereerde druk gemeten. Een hoofdafstel-30 bout en venturi-carburateur ontbreken nu. De hoofdafstelhout kan zijn vervangen door een gashoeveelheid-regelklep. Niet is weergegeven hoe stroomafwaarts van de nuldrukrege-laar 3 de gasaanvoerleiding 1 uitmondt in de luchtleiding 7 die is aangesloten op de eveneens niet weergegeven brander. 35 Ook nu weer wordt de stand van de regelaf sluiter bepaald door geschikte bedrijfsparameters van de ketel, zoals de branderdruk, het restzuurstofgehalte in de uitlaatgassen.

In afwijking van het gebruiken van een van de verbran- 1018771 6 dingsgasstroom afgetakte stuurfluïdumstroom is het denkbaar, met een ander fluïdum de gewenste stuurfluïdumstroom op te wekken, bijvoorbeeld met een luchtstroom. De stuur-fluïdumstroom kan eventueel aan de andere zijde van het 5 membraan 10 plaatsvinden. De stromingsrestrictie kan op een andere wijze zijn uitgevoerd dan de meetleiding 14. Dit en ook andere alternatieven behoren tot de strekking van de onderhavige uitvinding.

1018771

Claims (17)

1. Regelinrichting voor het toevoeren van een gasstroom aan een gasgebruikstoestel, met detectiemiddelen die gevoe-5 lig zijn voor twee referentiedrukken en met op die detectiemiddelen reagerende bedieningsmiddelen die een gasafsluiter bedienen, en met middelen, zoals een stromingspas-sage, voor het opwekken van een stuurfluïdumstroom voor het beïnvloeden van één of beide van de referentiedrukken.

2. Regelinrichting volgens conclusie 1, waarbij de detec tiemiddelen en/of bedieningsmiddelen gevormd zijn door een membraan (10).

3. Regelinrichting volgens conclusie 1 of 2, waarbij de ene referentiedruk door luchtdruk, zoals van de omgevings- 15 lucht of verbrandingslucht, en/of de andere referentiedruk door de gasstroom bepaald is.

4. Regelinrichting volgens één der conclusies 1-3, waarbij de stuurfluïdumstroom langs een zijde van de detectie-en/of bedieningsmiddelen stroomt.

5. Regelinrichting volgens één der conclusies 1-4, waar bij de stuurfluïdumstroom de gasafsluiter (2) omstroomt.

6. Regelinrichting volgens één der conclusies 1-5, waarbij de stuurfluïdumstroom een stroomopwaarts van de gasafsluiter (2) van de gasaanvoerleiding (1) aftakkende leiding 25 (15) volgt, die evt. stroomafwaarts van de gasafsluiter (2) weer of de gasleiding aantakt.

7. Regelinrichting volgens één der conclusies 1-6, waarbij de stuurfluïdumstroom een eerste stromingsrestrictie (16) en/of tweede stromingsrestrictie (4) passeert, waarbij 30 één of beide van die restricties bij voorkeur instelbaar is, eventueel computergestuurd.

8. Regelinrichting volgens conclusie 7, waarbij de instelling van een restrictie bepaald is in afhankelijkheid van althans één of meer, bij voorkeur althans twee of meer 35 van de volgende bedrijfsparameters van het gasgebruikstoestel: het restzuurstofniveau in de uitlaatgassen, inlaat-druk, inlaattemperatuur, uitlaattemperatuur, (electrisch) vermogen, toerental, branderdruk. 1018771

9. Regelinrichting volgens één der conclusies 1-8, waarbij het membraan (10) een klepstoter verplaatst, waaraan de gasklep (2) is gemonteerd, en waarbij het membraan (10) eventueel wordt belast door een balansorgaan, zoals een 5 balansveer (12) .

10. Regelinrichting volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de gasaanvoerleiding (1) aangesloten is op een venturi (5), zoals van een gas/luchtmenger, eventueel aangesloten op een luchtfilter (6).

11. Regelinrichting volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de gasaanvoerleiding (1) een stromingsrestrictie, zoals hoofdafstelhout (4) bevat, bij voorkeur stroomafwaarts van de gasafsluiter (2).

12. Regelinrichting volgens één der voorgaande conclusies, 15 waarbij de stuurfluïdumstroom een in de gasaanvoerleiding (1) uitmondende dunne meetleiding (14) stroomafwaarts van de gasafsluiter (2) passeert.

13. Regelinrichting volgens één der voorgaande conclusies, waarbij het membraan (10) een flexibele scheidingswand 20 vormt in een meetkamer, waarbij het gedeelte (9) van de meetkamer aan de ene zijde van het membraan (10) in flu-idumverbinding staat met de omgevings- of verbrandingslucht en het gedeelte (8) aan de andere zijde van het membraan (10) in fluïdumverbinding staat met het verbrandingsgas 25 stroomopwaarts en/of stroomafwaarts van de gasafsluiter (2) .

14. Regelinrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij deze onderdeel uitmaakt van een mobiele of stationaire verbrandingsmotor, evt. behorende tot een 30 warmte-kracht installatie, of een verbrandingsketel, bijv. voor een warmwatersysteem.

15. Regelinrichting volgens één der voorgaande conclusies, voor het toevoeren van een gasstroom aan een vast opgestelde inwendige verbrandingsmotor van een een warmte- 35 kracht installatie in de glastuinbouw, met een drukregelaar met een membraan met aan de ene zijde een referentielucht-drukkamer en aan de andere zijde een referentiegasdrukka-mer, welk membraan door drukverandering in één der kamers 1018771 verplaatst en dan een gasklep bedient die de gasstroom naar de verbrandingsmotor regelt, waarbij de gasstroom stroomafwaarts van de drukregelaar een hoofdafstelhout passeert en vervolgens in een gas/luchtmenger komt om vandaar, gemengd 5 met lucht, naar de verbrandingsmotor te stromen, waarbij van de gasstroom een stuurgasstroom wordt afgetakt stroom opwaarts van de drukregelaar, welke stuurgasstroom door één van genoemde kamers van de drukregelaar wordt geleid zodat daarmee de verplaatsing van het membraan wordt beïnvloed, 10 waarbij die stuurgasstroom althans één stromingsrestrictie passeert, voorafgaande aan binnenkomst in die kamer, en waarbij de stuurgasstroom actief geregeld wordt door een electronisch geregelde smoorklep, welke smoorklep bestuurd wordt op basis van twee of meer van de volgende bedrijfspa-15 rameters 'van de verbrandingsmotor: het restzuurstofniveau in de uitlaatgassen, inlaatdruk, inlaattemperatuur, uit-laattemperatuur, (electrisch) vermogen, toerental.

16. Werkwijze voor het bedrijven van een gasverbruikstoe-stel onder toepassing van een regelinrichting volgens één 20 der voorgaande conclusies.

17. Gasverbruikstoestel, voorzien van een regelinrichting volgens één der conclusies 1-14. 1018771