NL9100949A

NL9100949A - DEVICE FOR THE CONTINUOUS MONITORING OF A VARIABLE AIR FLOW GENERATED BY A FAN.

Info

Publication number: NL9100949A
Application number: NL9100949A
Authority: NL
Original assignee: Vaillant Schonewelle Bv
Priority date: 1990-06-01
Filing date: 1991-05-31
Publication date: 1992-01-02
Also published as: DE4117611C2; FR2662751A1; DE4117611A1; AT394909B; ATA120190A; FR2662751B1; BE1005004A6; CH681912A5

Description

UITTREKSELEXTRACT

Inrichting voor het continu bewaken van een luchtstroom opgewekt door een ventilator (10) die door een motor (9) met toerentalregelaar (7) wordt aangedreven. De inrichting omvat een verwerkingsschakeling (1), waarvan de ingang is verbonden met een in de luchtstroom aangebrachte drukmeetdoos (12) met vast schakelpunt, met een toerentalsensor (8) en met een capaciteitsmeter (11) voor het meten van het door de ventilator opgenomen vermogen. De verwerkingsschakeling omvat een computer, die uit de, bij het schakelpunt van de drukmeetdoos (12), vastgestelde vermogensopname van de ventilator, het rendement van de ventilator berekent. Aan de verwerkingsschakeling (1) wordt een signaal toegevoerd corresponderend met de benodigde hoeveelheid lucht en de verwerkingsschakeling beïnvloedt de toerentalregelaar (7) in afhankelijkheid van het toegevoerde signaal en van het berekende rendement van de ventilator.Apparatus for continuously monitoring an air flow generated by a fan (10) driven by a motor (9) with a speed controller (7). The device comprises a processing circuit (1), the input of which is connected to a fixed-point pressure measuring box (12) arranged in the air flow, with a speed sensor (8) and with a capacity meter (11) for measuring the volume absorbed by the fan power. The processing circuit comprises a computer which calculates the efficiency of the fan from the power consumption of the fan determined at the switching point of the pressure measuring box (12). A signal corresponding to the amount of air required is applied to the processing circuit (1) and the processing circuit influences the speed controller (7) depending on the input signal and the calculated efficiency of the fan.

Inrichting voor de continue bewaking van een door een ventilator opgewekte variabele luchtstroom.Device for the continuous monitoring of a fan-generated variable airflow.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het continue bewaken van een, door een elektrisch aangedreven, door een toerental-regelaar bestuurde, ventilator opgewekte variabele luchtstroom.The invention relates to a device for continuously monitoring a variable air flow generated by an electrically driven fan controlled by a speed regulator.

Een dergelijke bekende inrichting voor het bewaken van de luchtstroom is gebaseerd op de bewaking van de verschildruk die door de stroom wordt opgewekt bij een meetplaat, door een drukmeetdoos met vast schakelpunt. Wanneer de luchtstroom beneden een bepaalde vastgestelde waarde komt, wordt een schakelcontact in de drukmeetdoos geopend en wordt de inrichting uitgeschakeld. Vanwege het vaste schakelpunt kan dit procédé bij de bewaking van volumestromen met variabele gewenste-waarde slechts aan lage nauwkeurigheidseisen voldoen.Such a known device for monitoring the air flow is based on the monitoring of the differential pressure generated by the flow at a measuring plate by a pressure measuring box with a fixed switching point. When the airflow falls below a certain predetermined value, a switch contact in the pressure measuring box is opened and the device is switched off. Due to the fixed switching point, this process can only meet low precision requirements when monitoring volume flows with variable setpoint.

Voor de bewaking van een in twee trappen variabele luchtstroom worden daarom bij een bekende inrichting twee drukmeetdozen met verschillende schakel-punten toegepast. Voor de bewaking van een steeds veranderende luchtstroom zal een dergelijke twee-trappige bewaking steeds nog te onnauwkeurig zijn.Two pressure measuring boxes with different switching points are therefore used in a known device for monitoring a two-stage variable air flow. Such a two-stage monitoring will still be too imprecise for monitoring an ever-changing airflow.

Voor de continue bewaking van een steeds variërende luchtstroom zijn processen bekend, die zijn gebaseerd op het hittedraad-anemometerprincipe.Processes based on the hot wire anemometer principle are known for the continuous monitoring of an ever-varying airflow.

De anemometer levert een signaal dat evenredig is met de luchtstroom, zodat een vergelijking tussen gewenste en aanwezige waarde bij elke instelbare volumestroom mogelijk is.The anemometer provides a signal proportional to the airflow, allowing comparison between setpoint and present value at any adjustable volume flow.

Een nadeel is de noodzakelijk relatief kleine, gevoelige sensor, die in direct contact is met de te bewaken luchtstroom en daardoor bloot staan aan het gevaar van vervuiling en corrosie.A drawback is the necessarily relatively small, sensitive sensor, which is in direct contact with the air flow to be monitored and is therefore exposed to the risk of contamination and corrosion.

Er is een procédé bekend, waarbij voor het vermijden van de bovengenoemde moeilijkheden een combinatie wordt toegepast van luchtstroom- en toe-rentalbewaking. Daarbij wordt boven een bepaalde brandstof-doorstroming de luchtstroom bewaakt met een drukmeetdoos. Beneden deze doorstroming wordt het toerental van de ventilator, dat door een regelinrichting wordt aangepast op de brandstof-doorstroming, bewaakt. Een nadeel is hierbij, dat een verslechtering van de luchtbaan tijdens het toerental-bewaakte bedrijf niet wordt opgemerkt.A process is known in which a combination of airflow and speed monitoring is used to avoid the above-mentioned difficulties. In addition, above a certain fuel flow, the air flow is monitored with a pressure measuring box. Below this flow, the speed of the fan, which is adjusted by a control device to the fuel flow, is monitored. A drawback here is that a deterioration of the air path during the speed-monitored operation is not noticed.

Het doel van de uitvinding is een inrichting van het bovengenoemde type te verschaffen, die een eenvoudige opbouw bezit en ook bij deellast-bedrijf een verwerking van de werkelijke luchtdoorstroming mogelijk maakt.The object of the invention is to provide a device of the above-mentioned type, which has a simple construction and which also enables processing of the actual air flow during partial load operation.

Volgens de uitvinding wordt dit bereikt, doordat is voorzien in een verwerkingsschakeling waarvan de ingang is verbonden met een in de luchtstroom aangebrachte drukmeetdoos met vast schakelpunt, met een toerentalsensor en een het opgenomen vermogen van de aandrijving van de ventilator opnemende capaciteitsmeter, waarbij de verwerkingsschakeling een computer omvat, die uit de bij het bereiken van het schakelpunt van de drukmeetdoos vastgestelde energie-opname van de aandrijving van de ventilator het rendement van de ventilator berekent, waarbij de verwerkingsschakeling aan de ingangszijde wordt belast door een signaal dat een maat levert voor de benodigde lucht en aan de uitgangszijde de toerentalregelaat beïnvloedt in afhankelijkheid van het signaal dat een maat levert voor de benodigde lucht en het berekende rendement.According to the invention this is achieved in that a processing circuit is provided, the input of which is connected to a pressure measuring box with fixed switching point arranged in the air flow, with a speed sensor and a capacity meter that absorbs the power absorbed by the fan drive, the processing circuit having a computer, which calculates the efficiency of the fan from the energy consumption of the fan drive determined when the switching point of the pressure measuring box is reached, the processing circuit on the input side being loaded by a signal which provides a measure of the required air and on the output side influences the speed control depending on the signal providing a measure of the required air and the calculated efficiency.

Door deze maatregelen wordt een zeer eenvoudige opbouw van de inrichting bereikt.These measures ensure a very simple construction of the device.

Veranderingen in het rendement van de ventilator kunnen eenvoudig worden waargenomen, waardoor een zeer nauwkeurig aanhouden van de noodzakelijke luchtdoorstroming kan worden bereikt.Changes in the efficiency of the fan can be easily observed, whereby a very precise maintenance of the necessary air flow can be achieved.

De energie-opname van de aandrijving van de ventilator is evenredig met het produkt van rendement, mechanische belasting en toerental. Wanneer het rendement bekend is, dan kan uit de gemeten capaciteit en het toerental de mechanische belasting, dus de luchtdoorstroming worden bepaald.The energy consumption of the fan drive is proportional to the product of efficiency, mechanical load and speed. When the efficiency is known, the mechanical load, i.e. the air flow, can be determined from the measured capacity and the speed.

Door bepaling van het toerental en van de energie-opname van de ventilator op een bepaald moment, waarop een drukmeetdoos ten gevolge van een bekende luchtdoorstroming schakelt, kan het actuele rendement van de ventilator worden vastgesteld en er kunnen op basis van de telkens nieuwste waarden van het rendement schommelingen danwel veroude-ringseffecten van de ventilator worden waargenomen. Onder aanname, dat het rendement van de ventilator op korte termijn niet verandert en zijn toerental-afhankelijkheid bekend is, kan daardoor voor elk toerental van de ventilator de massa-doorstroming van de ventilator worden berekend en de brandstof-toevoer worden uitgeschakeld wanneer de noodzakelijke luchthoeveelheid lager wordt dan voor de actuele brandstofdoorstroming noodzakelijk is, zodat een het milieu onnodig belastend bedrijf wordt vermeden.By determining the speed and the energy consumption of the fan at a certain moment, at which a pressure measuring box switches as a result of a known air flow, the current efficiency of the fan can be determined and, based on the latest values of the efficiency fluctuations or aging effects of the fan are observed. Assuming that the efficiency of the fan does not change in the short term and its speed dependence is known, the mass flow of the fan can be calculated for each speed of the fan and the fuel supply switched off when the required air volume lower than is necessary for the current fuel flow, so that unnecessarily polluting operation is avoided.

De toepassing van de inrichting volgens de uitvinding vindt op die wijze plaats, dat het toerental van de ventilator zo ver omhoog wordt gebracht dat de drukmeetdoos schakelt. Op dit tijdstip kan door de computer uit het toerental, de door het schakelen van de drukmeetdoos bekende massadoor-stroming en het opgenomen vermogen het rendement van de ventilator worden berekend.The device according to the invention is used in this way that the speed of the fan is increased so far that the pressure measuring box switches. At this time, the efficiency of the fan can be calculated by the computer from the speed, the mass flow known from the switching of the pressure measuring box and the power consumed.

Daarbij kan bij een verwarmingsinrichting met een de brandstoftoevoer naar een brander regelende magneetklep en een inrichting volgens de uitvinding er verder in zijn voorzien, dat de verwer-kingsschakeling aan de uitgangszijde het vrijgeven bestuurt van de, de brandstoftoevoer regelende magneetklep.In the case of a heating device with a solenoid valve controlling the fuel supply to a burner and a device according to the invention, it can further be provided that the processing circuit on the output side controls the release of the solenoid valve controlling the fuel supply.

Daardoor wordt een vereenvoudiging van de besturing van een verwarmingsinrichting bereikt.This simplifies the control of a heating device.

De uitvinding wordt nu nader toegelicht aan de hand van de tekening, waarin:The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing, in which:

Fig.l een blokschema toont van een inrichting volgens de uitvinding;Fig. 1 shows a block diagram of a device according to the invention;

Fig.2 schematisch een verwarmingsinrichting toont met een besturing volgens de uitvinding; enFig. 2 schematically shows a heating device with a control according to the invention; and

Fig.3 een blokschema toont van een verwerkings-schakeling.Fig. 3 shows a block diagram of a processing circuit.

Fig.l toont de besturingsinrichting 21 volgens de uitvinding, welke dient voor de verwarmingsinrichting volgens fig.2.Fig. 1 shows the control device 21 according to the invention, which serves for the heating device according to Fig. 2.

De inrichting volgens fig.l omvat een verwerkings-schakeling 1, die aan de ingangszijde is verbonden met een afvoertemperatuurregelaar 2 van een verwarmingsinrichting en een relaiscontact 3 bestuurt, dat bij een bepaalde ver gedaalde afvoertemperatuur wordt gesloten en de afvoertemperatuurregelaar 2 verbindt met een gasstookautomaat 4, die een gas-magneetklep 5 bestuurt.The device according to Fig. 1 comprises a processing circuit 1, which is connected on the input side to an outlet temperature controller 2 of a heating device and controls a relay contact 3, which is closed at a certain drop-off outlet temperature and connects the outlet temperature controller 2 to a gas firing device 4 which controls a gas solenoid valve 5.

De afvoertemperatuurregelaar 2 is verbonden met een gewenste-waarde-gever 6 voor het toerental, die ook is verbonden met een uitgang 41 van de verwerkingsschakeling 1. Deze gewenste waarde-gever 6 is verder verbonden met een toerental-regelaar 7, die zijnerzijds is verbonden met een toerentalsensor 8, die bijvoorbeeld kan zijn gevormd door een Hall-sensor. Deze toerentalsensor 8 is verder verbonden met de verwerkings-schakeling 1.The discharge temperature controller 2 is connected to a speed setpoint transducer 6, which is also connected to an output 41 of the processing circuit 1. This setpoint transducer 6 is further connected to a speed controller 7, which is connected on its side with a speed sensor 8, which may for instance be a Hall sensor. This speed sensor 8 is further connected to the processing circuit 1.

In de toevoer naar de aandrijving 9 van de ventilator 10 is verder een capaciteitsmeter 11 aangebracht, die eveneens is verbonden met de ver-werkingsschakeling 1. In de luchtstroom van de ventilator 10, bijvoorbeeld in de verbrandings-lucht-leiding 20 van de verwarmingsinrichting volgens fig.2, is een drukmeetdoos 12 aangebracht, die een vast schakelpunt bezit en die is verbonden met de verwerkingsschakeling 1.In the supply to the drive 9 of the fan 10, a capacity meter 11 is further arranged, which is also connected to the processing circuit 1. In the air flow of the fan 10, for example in the combustion air line 20 of the heating device according to Figure 2, a pressure measuring box 12 is provided, which has a fixed switching point and which is connected to the processing circuit 1.

Wanneer bij een gevraagde warmte van de afvoertemperatuurregelaar 2 via de gasstookautomaat 4 de magneetklep 5 wordt geopend en daardoor ook de ventilator 10 geactiveerd, dan wordt het toerental van de ventilator 10 zo lang verhoogd, tot de drukmeetdoos 12 schakelt.If the solenoid valve 5 is opened via the gas firing device 4 and the fan 10 is activated as a result of the required heat from the discharge temperature controller 2, the speed of the fan 10 is increased until the pressure measuring box 12 switches.

Daar de druk in het schakelpunt vastligt en de afmetingen van het kanaal waar de luchtstroom door heen gaat eveneens bekend zijn, kan de doorstromende hoeveelheid worden vastgesteld.Since the pressure in the switching point is fixed and the dimensions of the channel through which the airflow passes, are also known, the flow-through quantity can be determined.

De verwerkingsschakeling 1 omvat een computer, die uit de door de capaciteitsmeter opgenomen capaciteit, uit het op het schakeltijdstip van de drukmeetdoos 12 gegeven toerental van de ventilator 10, het rendement daarvan berekent.The processing circuit 1 comprises a computer, which calculates the efficiency thereof from the capacity absorbed by the capacity meter, from the speed of the fan 10 given at the switching time of the pressure measuring box 12.

Tijdens de bedrijfstijd van de ventilator kan gedurende een cyclus een wijziging van het rendement, met uitzondering van de bekende door veranderingen in het toerental van de ventilator 10 bepaalde wijzigingen, worden uitgesloten. Uit het bij een bekende doorstromende hoeveelheid lucht vastgestelde rendement en het bekende verloop in afhankelijkheid van het toerental kan nu door de computer bij elke vereiste luchtdoorstroming het noodzakelijke toerental van de ventilator worden berekend en deze waarde worden doorgegeven aan de gewenste-waarde-gever 6 van het toerental.During the operating time of the fan, a change in the efficiency can be excluded during a cycle, with the exception of the known changes determined by changes in the speed of the fan 10. From the efficiency determined with a known amount of air flowing through and the known variation in dependence on the speed, the necessary speed of the fan can now be calculated by the computer for each required air flow and this value can be passed on to the setpoint sensor 6 of the speed.

Daardoor kan steeds de noodzakelijke doorstromende hoeveelheid worden geregeld door eenvoudige toe-rentalregeling van de ventilator, waarbij een aanpassing op de veroudering van de ventilator en daardoor de vermindering van het rendement ervan wordt bereikt.As a result, the necessary flow rate can always be controlled by simple fan speed control, whereby an adaptation to the aging of the fan and thereby the reduction of its efficiency is achieved.

Wanneer de gewenste waarde wordt onderschreden, dan wordt via het relaiscontact 3 de energietoevoer naar de gasmagneetklep 5 onderbroken.If the set value is undershot, the energy supply to the gas solenoid valve 5 is interrupted via relay contact 3.

Fig.2 toont een waterverhitter met een brander 13, die zich onder een warmtewisselaar 14 bevindt, waarvan de afvoer met 15 en de terugvoer met 16 is aangeduid.Fig. 2 shows a water heater with a burner 13, which is located under a heat exchanger 14, the discharge of which is indicated by 15 and the return by 16.

Op de bovenzijde van de warmtewisselaar 14 sluit een verbrandingsgasverzamelaar 17 en een verbrandingsgasleiding 18 aan, waarin zich de ventilator 10 bevindt, die ook zorgt voor de toevoer van verbrandingslucht, die via de door het huis 19 omsloten verbrandingsluchtleiding 20 toestroomt, welke leiding de verbrandingsgasleiding 18 omringt.Connected to the top of the heat exchanger 14 is a combustion gas collector 17 and a combustion gas pipe 18, which contains the fan 10, which also provides the supply of combustion air, which flows through the combustion air pipe 20 enclosed by the housing 19, which pipe connects the combustion gas pipe 18 surrounds.

De besturing 21, waarvan de opbouw blijkt uit fig. 2, bestuurt de aandrijving 9 van de ventilator 10 via een stuurleiding 22 in afhankelijkheid van de brandstofdoorstroming naar de brander 13. Daar toe is een de brandstoftoevoer besturend instel-orgaan 23 via een stuurleiding 24 verbonden met de klep 25 die de brandstoftoevoer continu beïnvloedt en via een stuurleiding 26 aangesloten op de besturing 21.The control 21, the structure of which is shown in Fig. 2, controls the drive 9 of the fan 10 via a control line 22 in dependence on the fuel flow to the burner 13. To this end, a control element 23 controlling the fuel supply is via a control line 24 connected to the valve 25 which continuously influences the fuel supply and connected via a control line 26 to the control 21.

Een ervoor aangebrachte magneetklep 5, die de brandstoftoevoer 27 naar de brander beheerst, is eveneens verbonden met de besturing 21.A solenoid valve 5 arranged in front of it, which controls the fuel supply 27 to the burner, is also connected to the control 21.

In de verbrandingsluchtleiding 20 is verder een meetplaat 29 aangebracht met aan beide zijden daarvan meetleidingen 28 die lopen naar de druk-meetdoos 12, die via de leiding 30 is verbonden met de besturing 21.A measuring plate 29 is further arranged in the combustion air line 20, with measuring lines 28 on both sides thereof which run to the pressure measuring box 12, which is connected via the line 30 to the control 21.

De verwerkingsschakeling 1 van fig.l is getoond in fig.3. Wanneer de afvoertemperatuurregelaar 2 registreert dat warmte wordt vereist, dan levert hij een ingangssignaal 37 naar een zaagtand-gene-rator 35 van de verwerkingsschakeling 1, die een oplopend uitgangssignaal 41 levert naar de gewenste waarde-gever 6 van het toerental, waardoor het toerental van de ventilator continu wordt verhoogd. Wanneer de drukmeetdoos 12 schakelt, dan levert hij een signaal 40 naar een aftast-vasthoudschakeling 32, die dan de ogenblikkelijke waarde van een eveneens toegevoerd toerental-evenredig signaal opslaat en de opgeslagen waarde aan de computer 36 levert.The processing circuit 1 of FIG. 1 is shown in FIG. 3. When the discharge temperature controller 2 registers that heat is required, it supplies an input signal 37 to a sawtooth generator 35 of the processing circuit 1, which supplies an ascending output signal 41 to the desired value transmitter 6 of the speed, whereby the speed of the fan is continuously increased. When the pressure measurement box 12 switches, it supplies a signal 40 to a scan-hold circuit 32, which then stores the instantaneous value of a speed-proportional signal also supplied and supplies the stored value to the computer 36.

Het toerental-evenredige signaal wordt door middel van een frequentie-spanningsomzetter 31 uit het ingangssignaal 38 van de toerentalsensor 8 verkregen en buiten de aftast-vasthoud-schakeling 32 ook direct aan de computer 36 toegevoerd. Verder wordt aan de computer 36 het op gelijke wijze en op hetzelfde tijdstip, namelijk het schakelen van de drukmeetdoos 12, in een verdere aftast-vasthoud-schakeling 44 opgeslagen, van de capaciteits-meter 11 afkomende ingangssignaal 39 toegevoerd.The speed-proportional signal is obtained from the input signal 38 of the speed sensor 8 by means of a frequency-voltage converter 31 and is also supplied directly to the computer 36 outside the scan-hold circuit 32. Furthermore, the input signal 39 coming from the capacitance meter 11 is fed to the computer 36 in the same manner and at the same time, namely the switching of the pressure measuring box 12, in a further scanning-holding circuit 44.

De computer 36 berekent uit de voor het inschakel-tijdstip van de drukmeetdoos 12 bekende luchtdoorstroming en de daarbij gemeten capaciteitsopname en toerental van de ventilator 10, het rendement daarvan. Uit dit rendement en de actuele meetwaarde van toerental en capaciteit wordt voor alle actuele waarden een signaal gevormd, bij de vorming waarvan met de bekende toerentalafhankelijkheid van het rendemen van de ventilator 10 en van zijn aandrijving door de computer 36 rekening wordt gehouden. Dit gevormde signaal ligt aan een compa-rator 33 en wordt door deze vergeleken met het ingangssignaal 43, dat een maat levert voor de benodigde capaciteit van de brander 13 en daardoor voor de benodigde luchtdoorstroming. Wanneer het signaal 43 hoger is dan het ermee vergeleken signaal, dan schakelt de comparator 33, eventueel na een interne vertragingstijd, via de op het relaiscontact 3 werkende relaisspoel 34 de gasma gneetklep 5 en daardoor de brandstoftoevoer uit.The computer 36 calculates the efficiency thereof from the air flow known before the switch-on time of the pressure measuring box 12 and the capacity consumption and speed of the fan 10 measured thereby. From this efficiency and the current measured value of speed and capacity a signal is formed for all current values, in the formation of which the known speed dependence of the efficiency of the fan 10 and of its drive by the computer 36 is taken into account. This formed signal is applied to a comparator 33 and is compared by it with the input signal 43, which provides a measure of the required capacity of the burner 13 and therefore of the required air flow. When the signal 43 is higher than the signal compared with it, the comparator 33 switches off the gas solenoid valve 5 and thereby the fuel supply via the relay coil 34 acting on the relay contact 3, possibly after an internal delay time.

Claims

Heating device with a solenoid valve controlling the fuel supply to a burner and a device according to claim 1, characterized in that the processing circuit (1) on the output side controls the release of the solenoid valve (5) controlling the fuel supply.