PT108869B - HEATING DEVICE AND OPERATION PROCESS OF A HEATING DEVICE - Google Patents
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Abstract
A PRESENTE INVENÇÃO TEM POR BASE UM DISPOSITIVO DE AQUECIMENTO COM, PELO MENOS, UMA UNIDADE DE COMANDO E/OU DE REGULAÇÃO (12), QUE TEM POR OBJETIVO APURAR UM FATOR DE AR (AC) DE UMA COMBUSTÃO. A PRESENTE INVENÇÃO PROPÕE QUE A UNIDADE DE COMANDO E/OU DE REGULAÇÃO (12) SE DESTINE A, EM PELO MENOS UM MODO DE OPERAÇÃO, DETERMINAR O FATOR DE AR (AC) COM BASE NUMA POTÊNCIA DE ENTRADA (PIN) E NUMA CORRENTE DE IONIZAÇÃO.THE PRESENT INVENTION IS BASED ON A HEATING DEVICE WITH AT LEAST ONE CONTROL AND/OR REGULATION UNIT (12), WHICH AIMS TO DETERMINE AN AIR FACTOR (AC) OF A COMBUSTION. THE PRESENT INVENTION PROPOSES THAT THE CONTROL AND/OR REGULATION UNIT (12) IS INTENDED TO, IN AT LEAST ONE MODE OF OPERATION, DETERMINE THE AIR FACTOR (AC) BASED ON AN INPUT POWER (PIN) AND A CURRENT IONIZATION.
Description
DESCRIÇÃODESCRIPTION
DISPOSITIVO DE AQUECIMENTO E PROCESSO DE OPERAÇÃO DE UM DISPOSITIVO DE AQUECIMENTOHEATING DEVICE AND OPERATION PROCESS OF A HEATING DEVICE
Domínio técnico presente pedido descreve um dispositivo de aquecimento e o processo de operação de um dispositivo de aquecimento.Technical Field This application describes a heating device and the process of operating a heating device.
Estado da técnicaState of the art
Do estado da técnica são conhecidos aparelhos de aquecimento operados a gás que compreendem uma unidade de comando e/ou de regulação para apuramento de um fator de ar. Neste caso, esse apuramento do fator de ar pode ter lugar, por exemplo, por meio da temperatura de uma chama de aquecimento, de um sinal de ionização da chama de aquecimento e/ou através de um sinal de um sensor do gás de escape.From the prior art, gas-operated heating devices are known which comprise a control and/or regulation unit for determining an air factor. In this case, this determination of the air factor can take place, for example, via the temperature of a heating flame, an ionization signal from the heating flame and/or via a signal from an exhaust gas sensor.
Breve DescriçãoBrief Description
A presente invenção tem por base um dispositivo de aquecimento com, pelo menos, uma unidade de processamento e/ou de avaliação, a qual se destina a apurar um fator de ar de uma combustão.The present invention is based on a heating device with at least one processing and/or evaluation unit, which is intended to determine a combustion air factor.
A presente invenção propõe que a unidade de processamento e/ou de avaliação se destine a, em pelo menos um modo de operação, apurar o fator de ar com base numa potência de entrada e numa corrente de ionização.The present invention proposes that the processing and/or evaluation unit is intended, in at least one mode of operation, to determine the air factor based on an input power and an ionization current.
Pela expressão dispositivo de aquecimento deve ser entendido, no contexto da presente invenção, de modo especial, e pelo menos, uma parte, e, de modo especial, um subgrupo de montagem, de um aparelho de aquecimento e, de preferência, de um esquentador. De modo particular, o dispositivo de aquecimento também pode compreender todo o aparelho de aquecimento, e, de preferência, todo o esquentador. Em especial, o dispositivo de aquecimento pode compreender uma unidade de aquecimento, pelo menos, um ventilador modular e/ou conectável para a condução de um ar de combustão, pelo menos, e/ou, pelo menos, uma válvula de regulação de combustível para a condução de um combustível. Por uma unidade de aquecimento deverá ser entendido, no âmbito desta invenção, e de modo especial, uma unidade destinada a converter energia, e, em especial, bioenergia e/ou, de preferência, energia fóssil, de modo particular diretamente, em calor, e a alimentar esse calor, de modo particular, a um fluido, e, de preferência, a água. A unidade de aquecimento compreende, de modo especial, e pelo menos, um módulo de aquecimento, o qual se destina, em especial, a queimar uma mistura, e, de modo particular, a queimar uma mistura de ar de combustão e de combustível, compreendendo ainda, de forma vantajosa, um permutador de calor. 0 módulo de aquecimento pode ser concebido, de forma vantajosa, como um queimador, e, em especial, como um queimador a gás de ar forçado, regulado pelo fator de ar e que regule a potência, e que, para aquecimento do fluido, apresente, de forma vantajosa, uma ligação térmica com o permutador de calor. Por destinado(a) a/que tem por objetivo deve ser entendido, em particular, que foi programado(a), concebido(a) e/ou equipado(a) de modo especial. Pelo facto de um objeto estar destinado à execução de uma função específica ou ter por objetivo a realização dessa função deve ser entendido, de modo especial, que o objeto desempenha e/ou realiza esta função especifica em, pelo menos, um modo de utilização e/ou um modo de operação.By the term heating device should be understood, in the context of the present invention, in particular, and at least, a part, and, in particular, an assembly subgroup, of a heating apparatus and, preferably, a water heater. . In particular, the heating device may also comprise the entire heating apparatus, and preferably the entire water heater. In particular, the heating device may comprise a heating unit, at least one modular and/or connectable fan for conveying at least one combustion air, and/or at least one fuel regulating valve for driving a fuel. A heating unit should be understood, within the scope of this invention, and in particular, a unit intended to convert energy, and in particular bioenergy and/or, preferably, fossil energy, in particular directly, into heat, and feeding that heat, in particular, to a fluid, and preferably water. The heating unit in particular comprises at least one heating module, which is intended in particular to burn a mixture, and in particular to burn a mixture of combustion air and fuel, advantageously further comprising a heat exchanger. The heating module can be advantageously designed as a burner, and in particular as a forced air gas burner, regulated by the air factor and regulating the power, and which, for heating the fluid, has , advantageously, a thermal connection with the heat exchanger. Intended for/has as its objective must be understood, in particular, that it has been programmed, designed and/or equipped in a special way. Due to the fact that an object is intended to perform a specific function or aims to perform that function, it must be understood, in a special way, that the object performs and/or performs this specific function in at least one mode of use and /or a mode of operation.
Além disso, por uma unidade de comando e/ou de regulação deve ser entendida, de modo especial, uma unidade elétrica e/ou eletrónica com, pelo menos, um sistema eletrónico. Por um sistema eletrónico deve ser entendido, de modo especial, uma unidade com uma unidade de processamento e com uma unidade de memória, bem como com um programa de operação, de comando e/ou de regulação que está armazenado na unidade de memória e que se destina a ser executado, de modo especial, pela unidade de processamento. De modo particular, a unidade de comando e/ou de regulação tem por objetivo, pelo menos, disponibilizar um sinal de comando para uma regulação e/ou um ajuste de um ventilador, e, de modo especial, de um ventilador para ar de combustão, e/ou da válvula de regulação de combustível para o combustível. Além disso, a unidade de comando e/ou de regulação também tem por objetivo, através da regulação e/ou do ajuste do ventilador e/ou da válvula de regulação de combustível, disponibilizar uma potência de aquecimento e, de modo especial, uma potência de aquecimento necessária e/ou uma potência de aquecimento nominal.Furthermore, a control and/or regulation unit must be understood, in particular, as an electrical and/or electronic unit with at least one electronic system. An electronic system is to be understood, in particular, as a unit with a processing unit and a memory unit, as well as with an operating, command and/or regulation program which is stored in the memory unit and which is intended to be executed, in a special way, by the processing unit. In particular, the purpose of the control and/or regulation unit is to at least provide a command signal for regulating and/or adjusting a fan, and in particular a fan for combustion air. , and/or the fuel control valve for the fuel. Furthermore, the purpose of the control and/or regulation unit is also to, through regulation and/or adjustment of the fan and/or the fuel regulation valve, provide a heating power and, in particular, a heating power. required heating capacity and/or a nominal heating power.
Por um fator de ar deve ser entendido, de modo especial, um fator que depende, em particular, do ar de combustão e/ou do combustível, fator esse que determina uma qualidade da combustão e/ou com base no qual pode ser tirada uma conclusão sobre uma qualidade da combustão. De modo especial, o fator de ar corresponde a uma relação entre uma quantidade de ar de combustão efetivamente presente na mistura, e, de modo especial, na mistura de ar de combustão com combustível, e uma quantidade de ar de combustão estequiométrica necessária, que, de modo particular, é precisa para que tenha lugar uma combustão total. Um fator de ar que apresente o valor 1 corresponde, no caso vertente, e de modo especial, a uma relação de ar de combustão estequiométrica. Será vantajoso que o fator de ar corresponda a uma grandeza de comando e/ou de regulação direta e/ou indireta. Para se obter uma combustão ideal, e, de modo especial, uma chama de aquecimento estável, uma emissão de poluentes mínima e/ou um grau de eficácia máximo, o fator de ar nominal corresponde a uma amplitude da mistura ligeiramente menor, em especial no que diz respeito à mistura do ar de combustão com o combustível, e, de modo especial, compreendida entre 1,15 e 1,45, e, de preferência, compreendida entre 1,2 e 1,4, e, a que é dada especial preferência, compreendida entre 1,25 e 1,35.By an air factor is to be understood, in particular, a factor that depends, in particular, on the combustion air and/or the fuel, which factor determines a quality of combustion and/or on the basis of which an estimate can be made. conclusion on combustion quality. In particular, the air factor corresponds to a relationship between a quantity of combustion air actually present in the mixture, and, in particular, in the mixture of combustion air with fuel, and a required stoichiometric quantity of combustion air, which , in particular, is necessary for total combustion to take place. An air factor with a value of 1 corresponds, in this case, and in particular, to a stoichiometric combustion air ratio. It will be advantageous if the air factor corresponds to a direct and/or indirect control and/or regulation quantity. To obtain ideal combustion, and in particular a stable heating flame, minimum pollutant emission and/or a maximum degree of efficiency, the nominal air factor corresponds to a slightly smaller mixing amplitude, especially in the which concerns the mixture of combustion air with the fuel, and, in particular, between 1.15 and 1.45, and, preferably, between 1.2 and 1.4, and, to which is given special preference, between 1.25 and 1.35.
No âmbito da presente invenção, por potência de entrada deve entender-se, de modo especial, uma potência, e, de modo especial, uma potência máxima, e, em especial, uma potência térmica máxima que pode ser alcançada, que é alimentada no momento e/ou no momento atual à unidade de aquecimento, e, em especial, ao módulo de aquecimento, potência essa que, de modo especial, ocorreria no caso de uma combustão total e/ou ideal de um combustível, e, de modo particular, de um combustível alimentado à unidade de aquecimento. Neste caso, a potência de entrada está correlacionada, de modo especial, com uma energia química contida e/ou armazenada no combustível, e, de modo especial, no combustível que é alimentado à unidade de aquecimento. De preferência, o dispositivo de aquecimento dispõe de, pelo menos, uma sonda de ionização, que tem por objetivo medir uma corrente de ionização que ocorre no interior de uma chama de combustão. A corrente de ionização está correlacionada, de modo especial, com o fator de ar.Within the scope of the present invention, input power should be understood, in particular, as a power, and, in particular, as a maximum power, and, in particular, as a maximum thermal power that can be achieved, which is fed into the moment and/or at the current moment to the heating unit, and, in particular, to the heating module, a power that, in particular, would occur in the case of total and/or ideal combustion of a fuel, and, in particular , from a fuel fed to the heating unit. In this case, the input power is correlated, in a special way, with a chemical energy contained and/or stored in the fuel, and, in particular, in the fuel that is fed to the heating unit. Preferably, the heating device has at least one ionization probe, the purpose of which is to measure an ionization current occurring within a combustion flame. The ionization current is correlated, in a special way, with the air factor.
Através de uma conceção como aquela que é descrita aqui pode ser disponibilizado um dispositivo de aquecimento de acordo com a presente invenção com propriedades de operação vantajosas. De modo especial, mediante a utilização da potência de entrada e da corrente de ionização pode ser conseguido um apuramento vantajosamente fiável e/ou exato do fator de ar ao longo de toda uma amplitude de potência de um aparelho de aquecimento, e, de modo especial, de um aparelho de aquecimento com um queimador a gás de ar forçado, regulado pelo fator de ar e que regule a potência. Por outro lado pode ser assegurada, de forma vantajosa, uma combustão otimizada com uma chama de aquecimento estável, uma emissão de poluentes mínima e/ou um grau de eficácia máximo, o que, de modo especial, torna possível aumentar a segurança de operação.By means of a design such as that described here a heating device according to the present invention with advantageous operating properties can be provided. In particular, by using the input power and the ionization current, an advantageously reliable and/or exact determination of the air factor can be achieved over the entire power range of a heating device, and, in particular , of a heating device with a forced air gas burner, regulated by the air factor and regulating the power. On the other hand, optimized combustion can be advantageously ensured with a stable heating flame, minimal pollutant emission and/or a maximum degree of efficiency, which, in particular, makes it possible to increase operating safety.
Se a unidade de comando e/ou de regulação estiver concebida de modo a apurar a potência de entrada com base numa potência de saída e num grau de eficácia térmico, de modo especial da combustão e/ou da unidade de aquecimento, e, de modo especial, do módulo de aquecimento, e, de modo particular, a apurar essa potência de entrada e/ou a, de forma vantajosa, a calculá-la de forma analítica, torna-se possível obter uma determinação vantajosamente precisa e/ou simples da potência de entrada, de modo especial sem quaisquer influências decorrentes de uma operação de aquecimento.If the control and/or regulation unit is designed in such a way as to determine the input power based on an output power and a degree of thermal efficiency, especially of the combustion and/or heating unit, and, in a of the heating module, and, in particular, by determining this input power and/or, advantageously, calculating it analytically, it becomes possible to obtain an advantageously precise and/or simple determination of the input power, in particular without any influences arising from a heating operation.
No âmbito da presente invenção por potência de saída deve ser entendida, de modo especial, uma potência de saída registada no momento e/ou atual. A potência de saída é, de modo especial, uma potência eficaz e/ou que pode ser alcançada de forma eficaz, e, de modo especial, uma potência térmica que resulta da combustão do combustível, e, especialmente, do combustível que é alimentado à unidade de aquecimento. Será vantajoso que a potência de saída corresponda a uma potência alimentada ao fluido e/ou a uma potência derivada do fluido, e, de modo especial, a uma potência térmica. Neste caso, a potência de saída está correlacionada, de modo especial, com uma energia térmica que resulta, de modo particular em caso de combustão, da energia química do combustível. Por outro lado, a potência de saída está correlacionada com a potência de entrada por meio de uma entalpia, e, em particular, por meio de uma entalpia de combustão. 0 grau de eficácia térmico poderia, por exemplo, ser concebido como um valor de referência, e, de modo especial, estar armazenado na unidade de memória da unidade de comando e/ou de regulação. No entanto, e de forma vantajosa, a unidade de comando e/ou de regulação tem por objetivo apurar o grau de eficácia térmico tomando por base, pelo menos, uma temperatura de entrada do ar de combustão, e, de modo especial, da corrente de ar de combustão, e/ou do combustível, e, de modo especial, do fluxo de combustível, e/ou tomando igualmente por base uma temperatura do gás de escape da combustão. Para que tal seja possível, o dispositivo de aquecimento dispõe, de preferência, de, pelo menos, três sensores, e, de modo especial, de, pelo menos, um sensor da temperatura do gás de escape, sensor esse que se destina à medição da temperatura do gás de escape da combustão, e, pelo menos, de um sensor da temperatura para o ar da combustão e/ou para o combustível.Within the scope of the present invention, output power should be understood, in particular, as an output power recorded at the time and/or current. The output power is, in particular, an effective power and/or that can be achieved efficiently, and, in particular, a thermal power that results from the combustion of the fuel, and, in particular, the fuel that is fed to the heating unit. It will be advantageous if the output power corresponds to a power fed to the fluid and/or a power derived from the fluid, and, in particular, a thermal power. In this case, the output power is correlated, in a special way, with a thermal energy that results, particularly in the case of combustion, from the chemical energy of the fuel. On the other hand, the output power is correlated with the input power through an enthalpy, and in particular through an enthalpy of combustion. The degree of thermal efficiency could, for example, be conceived as a reference value, and, in particular, be stored in the memory unit of the control and/or regulation unit. However, and advantageously, the control and/or regulation unit aims to determine the degree of thermal efficiency based on, at least, an inlet temperature of the combustion air, and, in particular, the current of combustion air, and/or fuel, and, in particular, the fuel flow, and/or also taking as a basis a temperature of the combustion exhaust gas. To make this possible, the heating device preferably has at least three sensors, and in particular at least one exhaust gas temperature sensor, which sensor is intended for measuring of the temperature of the combustion exhaust gas, and at least one temperature sensor for the combustion air and/or the fuel.
Além disso é igualmente proposto que a unidade de comando e/ou de regulação também tenha por objetivo apurar a potência de saída, com base numa temperatura de um fluido, e, de preferência, com base numa temperatura de entrada e/ou numa temperatura de saída, em especial do permutador de calor, e/ou ainda com base na temperatura de um caudal do fluido, e, de modo especial, que passe através do permutador de calor, e, de modo particular, que a unidade de comando e/ou de regulação também se destine a determinar essa potência de saída e/ou a, de maneira vantajosa, a calculá-la de forma vantajosa. É dada preferência a que o dispositivo de aquecimento disponha de, pelo menos, um sensor da temperatura, o qual se destina a apurar uma temperatura de entrada e/ou uma temperatura de saída do fluido. Através da utilização de sensores de construção simples, pautados por uma durabilidade elevada e/ou por variações reduzidas resultantes da deterioração, torna-se possível levar a cabo uma medição vantajosamente precisa.Furthermore, it is also proposed that the control and/or regulation unit also aims to determine the output power, based on a fluid temperature, and, preferably, based on an inlet temperature and/or a flow temperature. output, in particular from the heat exchanger, and/or based on the temperature of a fluid flow, and, in particular, that passes through the heat exchanger, and, in particular, that the control unit and/ or regulation is also intended to determine this output power and/or, advantageously, to calculate it in an advantageous way. Preference is given to the heating device having at least one temperature sensor, which is intended to determine an inlet temperature and/or an outlet temperature of the fluid. Through the use of sensors of simple construction, characterized by high durability and/or reduced variations resulting from deterioration, it becomes possible to carry out an advantageously accurate measurement.
Por outro lado, a presente invenção também propõe que o dispositivo de aquecimento disponha de, pelo menos, um dispositivo de medição do caudal, o qual se destina a apurar um caudal do fluido, de modo especial momentâneo e/ou atual. De modo particular, o dispositivo de medição do caudal pode ser concebido como um dispositivo de medição do caudal acústico, um dispositivo de medição do caudal giroscópico, um dispositivo de medição do caudal magnético-indutivo, um dispositivo de medição do caudal mecânico-volumétrico, um dispositivo de medição do caudal ótico e/ou um dispositivo de medição do caudal térmico. Mediante a utilização de medidores de fluxo correntes consegue levar-se a cabo uma medição vantajosamente precisa, ao mesmo tempo que os custos inerentes são vantajosamente baixos.On the other hand, the present invention also proposes that the heating device has at least one flow measuring device, which is intended to determine a fluid flow rate, in particular momentary and/or current. In particular, the flow measuring device can be designed as an acoustic flow measuring device, a gyroscopic flow measuring device, a magnetic-inductive flow measuring device, a mechanical-volumetric flow measuring device, an optical flow measuring device and/or a thermal flow measuring device. By using current flow meters, an advantageously accurate measurement can be carried out, at the same time that the inherent costs are advantageously low.
Numa outra forma de realização da presente invenção é proposto que a unidade de processamento e/ou de avaliação tenha por objetivo apurar um caudal do fluido com base em, pelo menos, um valor caracteristico da potência de uma bomba de fluido. Por valor caracteristico da potência deve ser entendido, no âmbito da presente invenção, e de modo especial, um valor caracteristico que contenha, pelo menos, uma potência momentânea da bomba de fluido. De modo particular, o dispositivo de aquecimento compreende, pelo menos, um sensor que tenha por objetivo apurar o, pelo menos um, valor da potência, de modo especial de forma contínua, e, de modo particular, transmiti-lo, sem fios e/ou ligado por fios, à unidade de comando e/ou de regulação. De modo especial, o, pelo menos um, sensor pode estar integrado na bomba de fluido ou estar instalado fora da bomba de fluido, como um elemento separado. Será vantajoso que o valor caracteristico da potência seja constituído por uma velocidade de rotação da bomba e/ou por uma absorção elétrica de potência da bomba de fluido. De modo particular, o dispositivo de aquecimento pode dispor de, pelo menos, um sensor de corrente, concebido para apurar, de modo especial de forma contínua, uma absorção de corrente da bomba de fluido. Em alternativa, ou adicionalmente, o dispositivo de aquecimento pode dispor de, pelo menos, um sensor da velocidade de rotação, concebido para apurar, de modo especial de forma continua, uma velocidade de rotação da bomba de fluido. Esta medida faz com que seja possível, de forma vantajosa, prescindir-se da necessidade de utilizar medidores de fluxo, o que faz com que os custos do sistema e/ou os custos de manutenção possam ser reduzidos de forma vantajosa.In another embodiment of the present invention, it is proposed that the processing and/or evaluation unit aims to determine a fluid flow rate based on at least one characteristic value of the power of a fluid pump. By characteristic value of power must be understood, within the scope of the present invention, and in a special way, a characteristic value that contains at least a momentary power of the fluid pump. In particular, the heating device comprises at least one sensor whose purpose is to determine the at least one power value, in particular continuously, and, in particular, to transmit it, wirelessly and /or connected by wires to the control and/or regulation unit. In particular, the at least one sensor may be integrated into the fluid pump or be installed outside the fluid pump as a separate element. It will be advantageous if the characteristic value of the power is constituted by a rotational speed of the pump and/or by an electrical absorption of power by the fluid pump. In particular, the heating device may have at least one current sensor designed to determine, particularly continuously, a current absorption of the fluid pump. Alternatively, or additionally, the heating device may have at least one rotational speed sensor designed to determine, particularly continuously, a rotational speed of the fluid pump. This measure makes it possible, advantageously, to do without the need to use flow meters, which means that system costs and/or maintenance costs can be advantageously reduced.
Além disso, a presente invenção também propõe um processo de operação de um dispositivo de aquecimento, de acordo com o qual um fator de ar de um queimador é determinado com base numa potência de entrada e numa corrente de ionização. Mediante a utilização da potência de entrada e da corrente de ionização pode ser conseguido um apuramento vantajosamente fiável e/ou exato do fator de ar ao longo de toda uma amplitude de potência de um aparelho de aquecimento, e, de modo especial, de um aparelho de aquecimento com um queimador a gás de ar forçado, regulado pelo fator de ar e que regule a potência. Por outro lado pode ser assegurada, de forma vantajosa, uma combustão otimizada com uma chama de aquecimento estável, uma emissão de poluentes mínima e/ou um grau de eficácia máximo, o que, de modo especial, torna possível aumentar a segurança de operação.Furthermore, the present invention also proposes a method of operating a heating device, according to which an air factor of a burner is determined based on an input power and an ionization current. By using the input power and the ionization current, an advantageously reliable and/or accurate calculation of the air factor can be achieved over the entire power range of a heating device, and in particular of a heating device. heating with a forced air gas burner, regulated by the air factor and regulating the power. On the other hand, optimized combustion can be advantageously ensured with a stable heating flame, minimal pollutant emission and/or a maximum degree of efficiency, which, in particular, makes it possible to increase operating safety.
Não se pretende com o presente que o dispositivo de aquecimento concebido de acordo com a presente invenção fique limitado seja à utilização, seja à forma de realização descritas acima. De modo particular, e para realizar um modo de operação aqui descrito, o dispositivo de aquecimento concebido de acordo com a presente invenção pode dispor de uma quantidade de elementos, componentes e unidades individuais que seja diferente da quantidade que é aqui mencionada.It is not intended herein that the heating device designed in accordance with the present invention be limited to either the use or the embodiment described above. In particular, and to realize a mode of operation described here, the heating device designed in accordance with the present invention may have a quantity of individual elements, components and units that is different from the quantity that is mentioned here.
Breve descrição das figurasBrief description of the figures
Outras vantagens podem ser inferidas da descrição das figuras que se segue. As figuras apresentam um exemplo de forma de realização da presente invenção. Quer o desenho, quer a descrição e as reivindicações contêm diversas caracteristicas combinadas. O perito nesta matéria também poderá ter em consideração as caracteristicas atendendo ao objetivo que se pretende alcançar e reuni-las noutras combinações adequadas.Other advantages can be inferred from the description of the figures that follow. The figures present an example of an embodiment of the present invention. Both the drawing, the description and the claims contain several combined features. The expert in this matter will also be able to take into account the characteristics given the objective to be achieved and bring them together in other appropriate combinations.
Assim:Like this:
A fig. 1 mostra um diagrama de blocos, representado de forma esquemática, de um aparelho de aquecimento, concebido como um esquentador, com um dispositivo de aquecimento,The fig. 1 shows a block diagram, represented schematically, of a heating apparatus, designed as a water heater, with a heating device,
A fig. 2 mostra um diagrama de blocos de uma operação exemplificativa do dispositivo de aquecimento,The fig. 2 shows a block diagram of an exemplary operation of the heating device,
A fig. 3 mostra, representados de forma esquemática, os percursos de uma corrente de ionização (/) perante três fatores de ar (Ac) diferentes, que dependem de uma potência de entrada (Pin) , eThe fig. 3 shows, schematically represented, the paths of an ionization current (/) facing three different air factors (A c ), which depend on an input power (Pi n ), and
A fig. 4 mostra um diagrama de blocos, representado de forma esquemática, de um aparelho de aquecimento, concebido como um esquentador, com um dispositivo de aquecimento.The fig. 4 shows a block diagram, represented schematically, of a heating apparatus, designed as a water heater, with a heating device.
Em que os números de referência estão relacionados com os seguintes elementos:Where reference numbers are related to the following elements:
- Dispositivo de aquecimento;- Heating device;
- Unidade de comando e/ou de regulação;- Control and/or regulation unit;
- Sensor da temperatura;- Temperature sensor;
- Sonda de ionização;- Ionization probe;
- Dispositivo de medição do caudal;- Flow measurement device;
- Bomba de fluido;- Fluid pump;
- Aparelho de aquecimento;- Heating device;
- Unidade de aquecimento;- Heating unit;
- Módulo de aquecimento;- Heating module;
- Ventilador;- Fan;
- Tubo de alimentação;- Feeding tube;
- Válvula de combustível;- Fuel valve;
- Tubo de alimentação;- Feeding tube;
- Queimador principal;- Main burner;
- Permutador de calor;- Heat exchanger;
- Tubo de alimentação;- Feeding tube;
- Saída;- Exit;
- Módulo de gás de escape;- Exhaust gas module;
- Saída de gás de escape;- Exhaust gas outlet;
- Sensor da temperatura;- Temperature sensor;
- Unidade de alimentação;- Power supply unit;
- Entrada de fluido;- Fluid inlet;
- Unidade de escoamento;- Drain unit;
- Saída de fluido;- Fluid outlet;
- Passo operacional;- Operational step;
- Velocidade de rotação da bomba;- Pump rotation speed;
- Absorção de potência;- Power absorption;
- Passo operacional;- Operational step;
- Passo operacional;- Operational step;
- Passo operacional;- Operational step;
- Zona;- Zone;
- Zona da potência de entrada.- Input power zone.
Descrição de formas de realizaçãoDescription of embodiments
A figura 1 mostra, representado de forma esquemática num diagrama de blocos, e a título de exemplo, um aparelho de aquecimento (22) . No caso vertente, o aparelho de aquecimento (22) foi concebido como um esquentador. Em alternativa, também é concebível que um aparelho de aquecimento seja concebido como um termoacumulador. 0 aparelho de aquecimento (22) compreende um dispositivo de aquecimento (10).Figure 1 shows, represented schematically in a block diagram, and by way of example, a heating device (22). In the present case, the heating device (22) is designed as a water heater. Alternatively, it is also conceivable that a heating device is designed as a water heater. The heating apparatus (22) comprises a heating device (10).
O dispositivo de aquecimento (10), por sua vez, compreende uma unidade de aquecimento (24). Esta unidade de aquecimento (24) tem por objetivo aquecer um fluido. No caso vertente, a unidade de aquecimento (24) destinase a aquecer água. Para esse efeito, a unidade de aquecimento (24) compreende um módulo de aquecimento (26) . 0 módulo de aquecimento (26) foi concebido como um queimador a gás de ar forçado, regulado pelo fator de ar e que regule a potência. Em alternativa, também é de ponderar a possibilidade de uma unidade de aquecimento estar destinada ao aquecimento de outro fluido, como, por exemplo, de um agente de refrigeração e/ou de um agente de aquecimento.The heating device (10), in turn, comprises a heating unit (24). This heating unit (24) aims to heat a fluid. In the present case, the heating unit (24) is intended to heat water. For this purpose, the heating unit (24) comprises a heating module (26). The heating module (26) was designed as a forced air gas burner, regulated by the air factor and regulating the power. Alternatively, it is also worth considering the possibility of a heating unit being used to heat another fluid, such as, for example, a refrigerant and/or a heating agent.
O módulo de aquecimento (26) dispõe de um ventilador (28), de velocidade de rotação variável, para o ar de combustão. O ventilador (28) tem por objetivo fazer avançar uma corrente de ar de combustão e/ou regular essa corrente. Para esse efeito, o ventilador (28) está ligado a um primeiro tubo de alimentação (30) para o ar de combustão. Além disso, o módulo de aquecimento (26) dispõe ainda de uma válvula de combustível (32), eletrónica e de débito variável, para o combustível. A válvula de combustível (32) tem por objetivo fazer avançar um fluxo de combustível e/ou regular esse fluxo. No caso vertente, a válvula de combustível (32) tem por objetivo fazer avançar um gás e/ou regulá-lo. Para esse efeito, a válvula de combustível (32) está ligada a um segundo tubo de alimentação (34) para o combustível.The heating module (26) has a fan (28), with variable rotation speed, for the combustion air. The fan (28) aims to advance a combustion air flow and/or regulate this flow. For this purpose, the fan (28) is connected to a first supply pipe (30) for combustion air. Furthermore, the heating module (26) also has a fuel valve (32), electronic and with variable flow, for the fuel. The fuel valve (32) aims to advance a fuel flow and/or regulate this flow. In this case, the fuel valve (32) aims to advance gas and/or regulate it. For this purpose, the fuel valve (32) is connected to a second supply pipe (34) for the fuel.
módulo de aquecimento (26) compreende ainda um queimador principal (36). Este queimador principal (36) foi concebido como um queimador a gás. 0 queimador principal (36) está ligado, por meio do ventilador (28), ao primeiro tubo de alimentação (30) para o ar de combustão. Além disso, o queimador principal (36) está ligado, por meio da válvula de combustível (32), ao segundo tubo de alimentação (34) para o combustível. 0 queimador principal (36) tem por objetivo queimar, em, pelo menos, um modo de operação, uma mistura de um ar de combustão com um combustível. Para esse efeito, o queimador principal (36) está concebido para produzir uma chama de aquecimento. Além disso, um módulo de aquecimento pode ainda compreender um queimador de ignição o qual tenha sido concebido, de modo especial, para disponibilizar uma chama de ignição para um queimador principal. Por outro lado, também é concebível que, em vez de um queimador de ignição, seja utilizada, por exemplo, uma ignição por faísca.heating module (26) further comprises a main burner (36). This main burner (36) is designed as a gas burner. The main burner (36) is connected, via the fan (28), to the first supply pipe (30) for combustion air. Furthermore, the main burner (36) is connected, via the fuel valve (32), to the second supply pipe (34) for fuel. The main burner (36) aims to burn, in at least one mode of operation, a mixture of combustion air and fuel. For this purpose, the main burner (36) is designed to produce a heating flame. Furthermore, a heating module may further comprise an ignition burner which has been specially designed to provide an ignition flame for a main burner. On the other hand, it is also conceivable that instead of an ignition burner, for example, a spark ignition is used.
Além disso, a unidade de aquecimento (24) compreende igualmente um permutador de calor (38) . O permutador de calor (38) está instalado numa zona próxima da chama de aquecimento. 0 permutador de calor (38) destina-se a transferir energia térmica do módulo de aquecimento (26) para o fluido. Para esse efeito, o permutador de calor (38) compreende um tubo de alimentação (40) para um fluido que não foi aquecido, e, de modo especial, para água, e uma saída (42) para um fluido aquecido, de modo particular para água.Furthermore, the heating unit (24) also comprises a heat exchanger (38). The heat exchanger (38) is installed in an area close to the heating flame. The heat exchanger (38) is intended to transfer thermal energy from the heating module (26) to the fluid. For this purpose, the heat exchanger (38) comprises a supply tube (40) for a fluid that has not been heated, and in particular for water, and an outlet (42) for a heated fluid, in particular for water.
Por outro lado, a unidade de aquecimento (24) compreende ainda um módulo de gás de escape (44). O módulo de gás de escape (44) foi concebido como uma chaminé. Este módulo de gás de escape (44) destina-se a evacuar os gases de escape. Para esse efeito, o módulo de gás de escape (44) está ligado a uma saída de gás de escape (46) .On the other hand, the heating unit (24) further comprises an exhaust gas module (44). The exhaust gas module (44) is designed like a chimney. This exhaust gas module (44) is intended to evacuate exhaust gases. For this purpose, the exhaust gas module (44) is connected to an exhaust gas outlet (46).
Além disso, o dispositivo de aquecimento (10) dispõe ainda de uma unidade de alimentação (50). Esta unidade de alimentação (50) tem por objetivo alimentar o fluido não aquecido ao permutador de calor (38) e/ou ao aparelho de aquecimento (22). Para esse efeito, a unidade de alimentação (50) compreende uma entrada de fluido (52). A entrada de fluido (52) está ligada ao tubo de alimentação (40) do permutador de calor (38) por meio de uma ligação para fluidos.Furthermore, the heating device (10) also has a power supply unit (50). This supply unit (50) is intended to feed the unheated fluid to the heat exchanger (38) and/or the heating device (22). For this purpose, the supply unit (50) comprises a fluid inlet (52). The fluid inlet (52) is connected to the supply pipe (40) of the heat exchanger (38) via a fluid connection.
Além disso, o dispositivo de aquecimento (10) dispõe ainda de uma unidade de escoamento (54) . Esta unidade de escoamento (54) tem por objetivo conduzir o fluido aquecido para fora do permutador de calor (38) e/ou do aparelho de aquecimento (22). Para esse efeito, a unidade de escoamento (54) compreende uma saída de fluido (56). Ά saída de fluido (56) está ligada à saída (42) do permutador de calor (38) por meio de uma ligação para fluidos.Furthermore, the heating device (10) also has a drain unit (54). This flow unit (54) aims to direct the heated fluid out of the heat exchanger (38) and/or the heating device (22). For this purpose, the flow unit (54) comprises a fluid outlet (56). The fluid outlet (56) is connected to the outlet (42) of the heat exchanger (38) via a fluid connection.
Além disso, o dispositivo de aquecimento (10) dispõe também de uma unidade de comando e/ou de regulação (12) . Esta unidade de comando e/ou de regulação (12) destina-se a comandar uma operação do dispositivo de aquecimento (10). Para esse efeito, a unidade de comando e/ou de regulação (12) compreende uma unidade de processamento, uma unidade de memória e um programa de operação que está armazenado na unidade de memória e que se destina a ser executado pela unidade de processamento. Além disso, a unidade de comando e/ou de regulação (12) também se destina a regular e/ou a disponibilizar uma potência de aquecimento predefinida. Para esse efeito, a unidade de comando e/ou de regulação (12) dispõe de uma ligação elétrica ao ventilador (28) e à válvula de combustível (32). No caso vertente, a unidade de comando e/ou de regulação (12) tem por objetivo regular a corrente de ar de combustão e o fluxo de combustível por meio do ventilador (28) e da válvula de combustível (32) independentemente uma do outro.Furthermore, the heating device (10) also has a control and/or regulation unit (12). This control and/or regulation unit (12) is intended to control an operation of the heating device (10). For this purpose, the control and/or regulation unit (12) comprises a processing unit, a memory unit and an operating program which is stored in the memory unit and which is intended to be executed by the processing unit. Furthermore, the control and/or regulation unit (12) is also intended to regulate and/or provide a predefined heating power. For this purpose, the control and/or regulation unit (12) has an electrical connection to the fan (28) and the fuel valve (32). In this case, the control and/or regulation unit (12) aims to regulate the combustion air flow and the fuel flow through the fan (28) and the fuel valve (32) independently of each other. .
A unidade de comando e/ou de regulação (12) destina-se a apurar um fator de ar (Ac) da combustão com base numa potência de entrada (Ρ±η) θ numa corrente de ionização (/) . Além disso, a unidade de comando e/ou de regulação (12) também tem por objetivo regular o fator de ar (Ac) da combustão de modo a corresponder a um fator de ar nominal (Ad) .The control and/or regulation unit (12) is intended to determine an air factor (A c ) of combustion based on an input power (Ρ± η ) θ in an ionization current (/). Furthermore, the control and/or regulation unit (12) also aims to regulate the air factor (A c ) of combustion so as to correspond to a nominal air factor (A d ) .
As equações necessárias para este efeito, que estão armazenadas, de modo especial, na unidade de memória da unidade de comando e/ou de regulação (12), são resumidas abaixo, após o que, em seguida, se procede a uma descrição de uma operação exemplificativa, fazendo referência à figura 2.The equations necessary for this purpose, which are stored, in a special way, in the memory unit of the control and/or regulation unit (12), are summarized below, after which a description of a exemplary operation, referring to figure 2.
A unidade de comando e/ou de regulação (12) tem por objetivo apurar a potência de entrada (Pin) com base numa potência de saída (Pout) θ num grau de eficácia térmico n do módulo de aquecimento (26). A equação é a seguinte:The control and/or regulation unit (12) aims to determine the input power (Pi n ) based on an output power (P or t) θ at a thermal efficiency level n of the heating module (26). The equation is as follows:
Pin — Pout / η grau de eficácia térmico (η) pode ser apurado experimentalmente, por exemplo, com uma precisão suficiente e ser armazenado na unidade de memória da unidade de comando e/ou de regulação (12).Pin — Pout / η degree of thermal efficiency (η) can be determined experimentally, for example, with sufficient precision and be stored in the memory unit of the control and/or regulation unit (12).
Além disso, a unidade de comando e/ou de regulação (12) também tem por objetivo apurar a potência de saída (Pout) necessária para determinar a potência de entrada (Pin) com base numa temperatura do fluido, e, de modo especial, com base numa temperatura de saída (Tout) do fluido e numa temperatura de entrada (Tin) do fluido, e ainda com base num caudal do fluido (qm) . Neste caso aplica-se a seguinte equação:Furthermore, the control and/or regulation unit (12) also aims to determine the output power (P or t) necessary to determine the input power (Pin) based on a fluid temperature, and, therefore, special, based on an outlet temperature (T out ) of the fluid and an inlet temperature (Ti n ) of the fluid, and also based on a fluid flow rate (q m ) . In this case, the following equation applies:
Pout Çm * Cp * (Tout Tin)Pout Çm * Cp * (T or t T in )
Neste caso, Cp corresponde a um valor de aquecimento característico do fluido. 0 dispositivo de aquecimento (10) dispõe de um primeiro sensor da temperatura (14), o qual tem por objetivo medir a temperatura de entrada (Tin) do fluido imediatamente a seguir à entrada de fluido (52) e/ou imediatamente antes do tubo de alimentação (40) do permutador de calor (38) . Além disso, o dispositivo de aquecimento (10) dispõe também de um segundo sensor da temperatura (48), que tem por objetivo medir a temperatura de saída (Tout) do fluido imediatamente a seguir à saída (42) do permutador de calor (38) e/ou imediatamente antes da saída de fluido (56). Por outro lado, o dispositivo de aquecimento (10) dispõe de, pelo menos, um dispositivo de medição do caudal (18), concebido para medir o caudal do fluido (qm) . Em alternativa, ou adicionalmente, a unidade de comando e/ou de regulação (12) tem por objetivo apurar o caudal do fluido (qm) com base num valor característico da potência de uma bomba de fluido (20) . 0 valor característico da potência é constituído por uma velocidade de rotação da bomba (60) e/ou por uma absorção elétrica de potência (62) da bomba de fluido (20).In this case, C p corresponds to a characteristic heating value of the fluid. The heating device (10) has a first temperature sensor (14), which aims to measure the inlet temperature (T in ) of the fluid immediately following the fluid inlet (52) and/or immediately before the supply pipe (40) of the heat exchanger (38). Furthermore, the heating device (10) also has a second temperature sensor (48), which aims to measure the exit temperature (T out ) of the fluid immediately after the exit (42) of the heat exchanger ( 38) and/or immediately before the fluid outlet (56). On the other hand, the heating device (10) has at least one flow measuring device (18), designed to measure the fluid flow rate (q m ). Alternatively, or additionally, the control and/or regulation unit (12) aims to determine the fluid flow rate (q m ) based on a characteristic value of the power of a fluid pump (20). The characteristic power value is constituted by a rotational speed of the pump (60) and/or by an electrical power absorption (62) of the fluid pump (20).
Os vários passos operacionais necessários para este fim estão descritos na figura 2 com base num diagrama de blocos exemplificativo, em que uma sequência dos vários passos processuais individuais pode variar, pelo menos, parcialmente.The various operational steps necessary for this purpose are described in Figure 2 based on an exemplary block diagram, in which a sequence of the various individual procedural steps may vary at least partially.
Num passo operacional (58), a unidade de comando e/ou de regulação (12) tem por objetivo apurar o caudal do fluido (qm) . Para apurar o caudal do fluido (qm) , a unidade de comando e/ou de regulação (12) avalia os valores medidos que foram apurados pelo dispositivo de medição do caudal (18). Em alternativa, ou adicionalmente, a unidade de comando e/ou de regulação (12) pode apurar o caudal do fluido (qm) com base num valor caracteristico da potência de uma bomba de fluido (20). O valor caracteristico da potência é constituído por uma velocidade de rotação da bomba (60) e/ou por uma absorção elétrica de potência (62) da bomba de fluido (20).In an operational step (58), the control and/or regulation unit (12) aims to determine the fluid flow rate (q m ). To determine the fluid flow rate (q m ), the control and/or regulation unit (12) evaluates the measured values that were determined by the flow measuring device (18). Alternatively, or additionally, the control and/or regulation unit (12) can determine the fluid flow rate (q m ) based on a characteristic value of the power of a fluid pump (20). The characteristic power value is constituted by a rotational speed of the pump (60) and/or by an electrical power absorption (62) of the fluid pump (20).
Num passo operacional (64), a unidade de comando e/ou de regulação (12) tem por objetivo apurar a potência de saída (Pout)í com base na temperatura de entrada (Tin) do fluido medida pelo primeiro sensor da temperatura (14), com base na temperatura de saída (TOut) do fluido medida pelo segundo sensor da temperatura (48) e com base no caudal do fluido (qm) , de modo especial recorrendo à utilização da equação (2).In an operational step (64), the control and/or regulation unit (12) aims to determine the output power (Pout)í based on the inlet temperature (T in ) of the fluid measured by the first temperature sensor ( 14), based on the fluid outlet temperature (T Out t) measured by the second temperature sensor (48) and based on the fluid flow rate (q m ), in particular using equation (2).
Num passo operacional (66), a unidade de comando e/ou de regulação (12) tem por objetivo apurar a potência de entrada (Pin) com base na potência de saída (Pout) θ no grau de eficácia térmico (η) apurados no passo operacional (64), de modo especial mediante a utilização da equação [1].In an operational step (66), the control and/or regulation unit (12) aims to determine the input power (Pi n ) based on the output power (P or t) θ at the degree of thermal efficiency (η ) determined in operational step (64), especially using equation [1].
No passo operacional (68), a unidade de comando e/ou de regulação (12) destina-se a apurar um fator de ar (Ac) da combustão com base numa potência de entrada (Pin) e numa corrente de ionização (/) medidas no passo operacional (66). O dispositivo de aquecimento dispõe de, pelo menos, uma sonda de ionização (16), que tem por objetivo medir uma corrente de ionização (/) que tem lugar no interior de uma chama de combustão.In the operational step (68), the control and/or regulation unit (12) is intended to determine an air factor (A c ) of combustion based on an input power (Pi n ) and an ionization current ( /) measurements in the operational step (66). The heating device has at least one ionization probe (16), which aims to measure an ionization current (/) that takes place inside a combustion flame.
A fig. 3 mostra, representados de forma esquemática, e a titulo exemplificativo, os percursos de uma corrente de ionização (/) perante três fatores de ar (Ac) diferentes, que dependem de uma potência de entrada (Pin) · Como se pode constatar, a corrente de ionização (/) numa zona de mistura rica é maior (sendo, por exemplo, de Ac = 1,1), registando uma redução numa zona de mistura mais pobre (como, por exemplo, para Ac = 1,3 ... 1,5). Chama a atenção o facto de a corrente de ionização (/), perante um fator de ar (Ac) constante (como, por exemplo, Ac = 1,3) sofrer uma redução clara da sua intensidade numa zona (70) de potências de entrada (Pin) mais reduzidas. Na zona (70) onde as potências de entrada (Pin) são menores, a corrente de ionização (/) deixa de estar claramente correlacionada com o fator de ar (Ac). Através da utilização da potência de entrada (Pin) medida no passo operacional (66) adicionalmente em relação à corrente de ionização (/), torna-se possível apurar imediatamente o fator de ar (Ac) existente no momento por meio da unidade de comando e/ou de regulação (12) ao longo de toda a amplitude da potência de entrada (72), e, de modo especial, também na zona (70), em que as potências de entrada (Pin) são mais reduzidas.The fig. 3 shows, represented schematically and by way of example, the paths of an ionization current (/) facing three different air factors (A c ), which depend on an input power (Pi n ) · As can be seen , the ionization current (/) in a zone of rich mixture is greater (being, for example, A c = 1.1), registering a reduction in a zone of poorer mixture (such as, for example, for A c = 1 .3 ... 1.5). It draws attention to the fact that the ionization current (/), faced with a constant air factor (A c ) (such as, for example, A c = 1.3) undergoes a clear reduction in its intensity in a zone (70) of lower input powers (Pi n ). In zone (70) where the input powers (Pi n ) are lower, the ionization current (/) is no longer clearly correlated with the air factor (A c ). By using the input power (Pin) measured in the operational step (66) in addition to the ionization current (/), it becomes possible to immediately determine the air factor (A c ) currently existing through the control and/or regulation (12) throughout the entire range of input power (72), and, in particular, also in the area (70), where the input powers (Pi n ) are lowest.
Lisboa, 07 de Outubro de 2015Lisbon, October 7, 2015
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BB1A | Laying open of patent application |
Effective date: 20151124 |
|
| FG3A | Patent granted, date of granting |
Effective date: 20240513 |