UA123669C2 - Спосіб і пристрій для визначення того, чи відбулося запалювання суміші текучого палива і повітря в нагрівальному приладі, та нагрівальний прилад - Google Patents

Abstract

Винахід належить до способу і пристрою для визначення в нагрівальному приладі того, чи мало місце запалювання суміші текучого палива і повітря, причому спосіб містить наступні етапи: подачі електричного сигналу запалювання на вимірювальний ланцюг; відфільтровування сигналу горіння від сигналу запалювання; порівняння детектованого сигналу горіння з заданим профілем; і встановлення того, що очікуваний сигнал горіння мав місце протягом заданого періоду часу.

Description

Заявник дуже успішно продає на ринку нагрівальні прилади, які можуть вироблятися ефективно завдяки вбудовуванню одного або більше теплообмінників у литий виріб. Цей відомий нагрівальний прилад забезпечений свічкою запалювання для запалювання газоповітряної суміші.

Наданий винахід належить до способу визначення в нагрівальному приладі того, чи мало місце запалювання суміші текучого палива і повітря, що містить наступні етапи: - подачі електричного сигналу запалювання на вимірювальний ланцюг; - відфільтровування сигналу горіння від сигналу запалювання; - порівняння детектованого сигналу горіння з заданим профілем; і - встановлення того, що очікуваний сигнал горіння мав місце протягом заданого періоду часу.

Як результат наданого способу можна надійно детектувати, чи відбулися запалювання, або чи можна обійтися без повторного запалювання, і/або запалювання не відбувається або відбувається занадто пізно, у результаті чого небезпечна кількість газоповітряної суміші виникає в нагрівальному приладі або за його межами. Оскільки найсучасніші СН-прилади (прилади центрального теплопостачання) обмінюються інформацією з ремонтною службою або виробником, можна встановити на ранній стадії те, що горіння не завжди має місце під час запалювання в перший раз.

Наданий винахід додатково забезпечує пристрій для визначення в нагрівальному приладі того, чи мало місце горіння сумішей текучого палива і повітря, що містить: - засіб вимірювання, на який поданий електричний сигнал запалювання; - засіб фільтрації для відфільтровування сигналу горіння від сигналу запалювання; - засіб порівняння для порівняння відфільтрованого сигналу горіння з заданим профілем; і - засіб визначення для встановлення того, чи мав місце сигнал горіння протягом заданого періоду часу.

Пристрій переважно містить секцію фільтра для відфільтровування відносно низької частоти сигналу запалювання при відносно високій напрузі.

Для розпізнавання двох піків з сигналу горіння тут послідовно в секції підсилювача переважно мають місце підсилювання і випрямляння.

Зо Для точного встановлення початку сигналу горіння паралельно з секцією фільтра і секцією підсилювача переважно з'єднана секція запуску.

З виходом секції підсилювача переважно з'єднана перша логічна секція, а з виходами першої логічної секції і секції запуску з'єднана друга логічна секція таким чином, що можна детектувати на підставі простого сигналу у формі меандру (прямокутного сигналу), що запалювання мало місце.

Наданий винахід додатково забезпечує нагрівальний прилад, забезпечений свічкою запалювання, в якому ретельніше пропрацьована безпека і забезпечується відстань між переважно прямою свічкою запалювання і виступом на теплообміннику, переважно реалізованого у вигляді литого виробу.

Додаткові переваги, ознаки і подробиці наданого винаходу будуть роз'яснені на основі наведеного нижче опису його переважного варіанта здійснення, причому посилання зроблено на наступні креслення, на яких:

Фігура 1 показує тривимірний вигляд збоку під нахилом у частковому розрізі переважного варіанта здійснення нагрівального пристрою за наданим винаходом;

Фігура 2 показує розріз по лінії І-ІІ на фігурі 1;

Фігура З показує вигляд збоку під нахилом елементів І за фігурою 2;

Фігура 4 показує вигляд спереду елемента ІМ за фігурою 3;

Фігура 5 показує принципову схему переважного варіанта здійснення ланцюга, на який подають сигнал, який подають на свічку запалювання, для визначення того, чи мало місце запалювання;

Фігура 6 показує принципову схему другого варіанта здійснення цього ланцюга;

Фігури 7А-7Е показують схематичні вигляди відповідних сигналів, як вони відбуваються у переважному варіанті здійснення електричних сигналів, згідно з принциповими схемами за фігурами 5 і 6.

Описаний тут нижче переважний варіант здійснення нагрівального приладу з розташованим в ньому згаданим ланцюгом має ряд значних переваг:

Якість запалювання може бути точно і легко перевірена перед тим, як нагрівальний прилад покине завод, що означає, що виробничі помилки, викликані розташуванням свічки запалювання, або інші неточності майже напевно залишаться у минулому.

Гарна робота запалювання може також добре контролюватися протягом усього терміну служби приладу. Під час виникнення проблем, буде легко доступною інформація відносно їхньої причини, такої як, наприклад, витікання через керамічний ізолювальний матеріал від свічки запалювання, у результаті чого виникають неоднорідності в сигналі запалювання. Якщо відстань між свічкою запалювання і частиною приладу (протиелектродом) є неправильною, то сигнал покаже, що запалювання має місце пізно або його немає зовсім. Можливе виникнення (часткового) короткого замикання у високовольтному кабелі достатньо імовірно призводить до явищ, які можуть бути детектовані згідно з описом наданої заявки на патент.

На практиці, утворювання іскор має місце кожні 20 мілісекунд (мс). На підставі результату наданого винаходу можна зупинити іскроутворення відразу, як тільки запалювання не буде детектуватися.

Недолік, який спостерігається відносно такого приладу, полягає в тому, що запалювання має місце тільки після повторного утворювання іскор, у результаті чого має місце вибухоподібне запалювання, яке небажано. Цього можна уникнути, якщо причина проблематичного запалювання детектується на ранній стадії, так що повторне іскроутворення і/або пізніше запалювання, тобто коли є присутньою велика кількість газу, залишаються у минулому.

Припускається, що інформація відносно якості горіння буде у майбутньому також одержуватися на підставі обробки сигналів, у той час як повторне іскроутворення більше не буде мати місце у майбутньому, що забезпечить енергозбереження і збільшить термін служби інших деталей.

Нагрівальний прилад 2 містить пальник 4, теплообмінник 10, вентилятор 8 і так званий блок 9 керування газовим клапаном для подачі газу і повітря в простір між пальником 4 і теплообмінником 10. У вентилятор 8 через впускний отвір 7 повітря подається повітря, у той час як газоподібні продукти згоряння спрямовуються з приладу у димохід через трубопровід 5, показаний тут схематично. На корпусі в просторі між пальником 4 і теплообмінником 10 розташований блок 17 запалювання.

Теплообмінник 10 (фігури 2, 3, 4) містить литий виріб 11 і ребра 12, які покращують теплообмін, причому в литому виробі розташовані два теплообмінники. У наданому ілюстративному варіанті здійснення перший теплообмінник містить відносно товсті труби 13 для

Зо опалення простору, у той час як більш тонкі труби 14 вбудовані у литий виріб 11 для гарячої водопровідної води.

На верхньому фланці 16 теплообмінника встановлений блок 17 запалювання, що містить свічку 20 запалювання, наприклад, з матеріалу БестАї, а також ізолювальну оболонку 18 і електричне з'єднання 19. У наданому ілюстративному варіанті здійснення литий виріб 16 забезпечується виступом 21, який являє собою виступний протиелектрод. Свічка 20 запалювання (штир свічки) продовжується похило вниз під невеликим кутом до положення, близького до пальника 4, з якої буде витікати газоповітряна суміш, що не показано, як тільки прилад відреагує на потребу в опаленні простору і/або в гарячій водопровідній воді. У наданому варіанті здійснення це прямий штир свічки, тобто, що не має вигнутого зовнішнього кінця, у той час як теплообмінник має виїмку і забезпечує простір для свічки запалювання над виступом 21.

Деяка неточність може виникнути під час встановлення блоку 17 запалювання, у результаті чого не завжди виявляється забезпеченою на практиці необхідна відстань між зовнішнім кінцем свічки запалювання і виступом 21, у той час як задані допуски можуть бути перевищені згодом внаслідок зносу. Бажано, щоб газоповітряна суміш запалювалася відразу, у той час як також небажано, щоб запалювання тривало, коли газоповітряна суміш вже запалилася.

У багатьох існуючих СН-котлах ініціюється (електричне) пробиття між свічкою запалювання і (більш-менш) заземленою частиною, наприклад, протягом чотирьох секунд і при частоті 20 Гц (або 50 Гц, або при іншій частоті), під час подачі на свічку запалювання напруги приблизно 10- кВ, причому іскрове перекриття існує приблизно при 6-8 кВ у випадку відстані 6-8 мм і сухого 50 повітря. Висока напруга генерується за відомою методикою з використовуванням первинної обмотки, вторинної обмотки і конденсатора.

Після того, як пробиття мало місце протягом чотирьох секунд, виконується перевірка, наприклад, протягом 1 секунди, відносно того, чи згоріла газоповітряна суміш. Якщо це не так, то газоповітряна суміш має бути спочатку випущена з використовуванням вентилятора, після чого цикл може початися знову. Якщо запалювання все-таки не було детектовано після ряду циклів, то в існуючих приладах генерується сигнал помилки, який не роз'яснює, чи є проблема з подачею газу, з запалюванням або чим-небудь іншим.

У деяких випадках можливо, що свічка запалювання була не зовсім правильно відрегульована під час складання, у результаті чого також не може відбуватися запалювання. бо Також може виникнути неоднорідність у структурі іскор запалювання внаслідок короткого замикання або поганого заземлення, у той час як також можливо, що перемикачі в блоці керування газовим клапаном або механізмі запалювання функціонують погано або зовсім не функціонують.

Переважний варіант здійснення наданого винаходу заснований на розумінні того, що можна встановити на підставі профілю детектованого сигналу горіння, що відсутність горіння газоповітряної суміші обумовлена, наприклад, помилковим запалюванням, або що цей профіль показує, що іскри запалювання утворюють однорідну структуру, тим самим причиною більш імовірно може бути помилка в подачі газу.

Ця інформація є особливо цінною, коли така інформація може бути отримана дистанційно інженером з обслуговування, і імовірна причина проблем може бути таким чином встановлена.

Цілком імовірно, додатково можна зменшити тривалість іскроутворення, наприклад, з 4 секунд до 2 секунд, після встановлення надійної роботи всієї системи протягом більш тривалого періоду часу, так що можливість тривалого витікання газоповітряної суміші зменшується, і безпека додатково підвищується.

Переважний варіант здійснення ланцюга 30 (фігура 5) містить смуговий фільтр 31, підсилювальний каскад 32, ділянку 33 запуску і дві відповідні логічні ділянки 34 і 35. Смуговий фільтр 31 містить ряд резисторів 41, 42, 43 і конденсаторів 44, 45, 46, значення яких вибирають таким чином, щоб тільки відносно низькочастотні сигнали, наприклад, з частотою не вище З кГц, надходили в сигнал, що подається на вхід А.

Підсилювальний каскад 32 містить резистори 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57 І 58, два транзистори 61, 62, з'єднані послідовно, конденсатори 66, 67, 68, 69 і діод 71.

Секція 33 запуску містить компаратор 81 і резистори 82, 83, 84, 85, причому ця секція з'єднана з одного боку з заземленням (ЗМО), а з іншого боку - з напругою Мос живлення, наприклад, 5 В (або 10 В).

Логічна секція 34 містить резистори 90, 91, інтегральні схеми (ІС) 92, 93, додатковий резистор 94 і конденсатори 95, 96. Логічна вихідна секція 35 містить два відповідні логічні порти 101 ї 102.

У другому переважному варіанті здійснення ланцюга 130 (фігура 6) комплектування компонентів є більш переважним.

Зо Другий переважний варіант здійснення ланцюга 130 містить ділянку 131 фільтра, ділянку 132 підсилювача, ділянку 133 запуску і дві відповідні логічні ділянки 134 і 135.

Ділянка 132 підсилювача містить конденсатори 141, 142, 143, 144 і резистори 145, 146 і 147.

Ділянка 132 підсилювача містить транзистори 151, 152, 153, стабілітрони 154, 155, конденсатори 156, 157, резистори 158, 159, 160, 161, 162, 163, 164, 165, 166 і 167 і конденсатор 169.

Ділянка 143 запуску містить конденсатори 170, 171, 172, операційний підсилювач 173 і резистори 174, 175, 176, 177 і 178.

Перша логічна ділянка 134 містить ІС 180, конденсатори 181, 182 і резистори 183, 184. Друга логічна ділянка 135 містить ІС 190, конденсатор 191 і резистор 192.

Висока напруга, наприклад, 15 кВ, необхідна для свічки запалювання, генерується за допомогою трансформатора 101 з первинною обмоткою 102 і вторинною обмоткою 103 за допомогою змінної напруги, наприклад, 230 Вольт, що прикладається між заземленням і мережною напругою (Му) таким чином, що струм 105, наприклад, 1,5 Ампера (А), починає протікати через резистор 104 з відносно низьким омічним значенням, приблизно 10 Ом, і діод

ТМУ5 (діод для заглушення напруги перехідного процесу), див. фігуру 7А. При такому значенні 1,5 А потім має місце пробиття, яке характеризується одним або двома піками перед досягненням головного піка, який показує, що мало місце пробиття.

У момент її часу (фігура 7А) у результаті сигналу змінного струму, що подається на свічку запалювання, відбувається певною мірою неструктурований сигнал горіння, накладений на цей сигнал змінного струму, на вході А ланцюгів за фігурами 5 і 6.

Тривалість аж до моменту ї/ часу є мірою відстані запалювання і ізоляції (див. також фігуру 75).

Сигнал 51 запалювання фільтрується смуговим фільтром 31 таким чином, що схематично показаний сигнал 552 (фігура 7В) виникає в точці В у принциповій схемі за фігурами 5 і 6. Після посилення підсилювальним каскадом сигнал Зз за фігурою 7С має місце в точці С в ланцюгах за фігурами 5 і 6.

Прямуючи в логічну секцію 34, сигнал 54 за фігурою 7Е доступний в точці О, причому його тривалість залежить від числа піків струму, які виникли (фігура 7С). Ці піки струму можуть мати місце максимально через 100 нс один за одним. Передній фронт має місце під час першого піка струму, а задній фронт буде мати місце, якщо більше ніякі піки не будуть детектовані після 150 не (бі на фігурі 70).

Як показано на фігурі 7С, характеристикою є те, що після першого піка є також другий пік в межах приблизно 100 наносекунд. Задній фронт сигналу на фігурі 70 відбувається через 150 наносекунд після піка горіння.

Оскільки секція 33 (фігура 5) і 133 (фігура 6) генерує хвилю у формі меандру, яка пов'язана з позитивним боком змінного струму, який подається в точці А, сигнал 55 на фігурі 70 буде мати місце в точці Е на фігурі 6. Оскільки цей сигнал вказує на початковий момент, тільки перший передній фронт є релевантним. Інша частина загасаючого сигналу змінного струму маскується.

Це маскування стає активним, коли усі піки струму мали місце - сигнал 5в (фігура 7РЕ) в точці ЕР на фігурі 6. Об'єднання сигналів Зв і 55 виконується логічним портом 35 (фігура 5) або 136 (фігура 6) таким чином, що залишається сигнал, який дорівнює сигналу в період часу до ії: (див. фігуру 75).

Період часу між заднім фронтом сигналу 5. і новим переднім фронтом сигналу 51 становить, наприклад, приблизно 5 мс. Сигнал у формі меандру з періодом, наприклад, 1,25 мс створюється щораз секцією запуску під час підсилювання до напруги Мес живлення.

Логічне об'єднання сигналу за фігурою 7Е з сигналом за фігурою 7Е призводить до сигналу на виході Е (фігура 70), який показує, що мав місце час її сигналу запалювання, після чого в межах 1-1,5 мс виявляють, що запалювання знову не мало місця.

Для ясності: вивчення іскрового перекривання показало, що часто відбуваються попередні розряди, за якими іде фактичний основний розряд і іскрове перекриття. Ланцюг повинен для виконання свого завдання визначити інтервал часу між початком наростання напруги і основним розрядом. Це реалізується за допомогою очікування наступного розряду протягом періоду часу бі, що йде за детектуванням розряду (див. також фігуру 7Е). Інтервал часу до іскрового перекриття (фігура 70) є таким чином часом до основного розряду плюс бі.

Завдяки описаному вище переважному варіанту здійснення має місце запалювання з невеликим числом непотрібних повторів, у той час як можна розпізнати на ранній стадії, що відбуваються проблеми відносно запалювання, оскільки інформація сучасних нагрівальних приладів може бути зчитана дистанційно виробником і/або ремонтною службою, роблячи

Зо можливим відстеження того факту, що по закінченню деякого часу повинно мати місце повторне запалювання, у результаті чого може бути вчасно проведено технічне обслуговування і/або можуть бути відвернені небезпечні ситуації.

Завдяки описаним вище пристрою і способу, вимірюють час від початку наростання заряду в котушці до моменту часу іскрового перекриття. Якщо такий час іскроутворення становить 20 мілісекунд, то в кожній секунді є 50 виміряних випадків (разів) іскроутворення.

Перед запуском котла, тобто перед введенням газоповітряної суміші може бути виміряний час іскроутворення так, що може бути визначена напруга витікання через керамічний ізолювальний матеріал або те, що відстань запалювання є занадто великою.

Приблизно через секунду після запуску котла суміш проходить весь шлях аж до пальника, після чого цей час іскроутворення значно зменшиться приблизно на 20 95.

Як зазначено вище, згідно з наданою заявкою на патент таким чином контролюється запалювання, причому має місце детектування можливої причини помилки, встановлюється момент горіння під час запуску приладу, а також може бути отримана інформація відносно якості горіння, більше того переважно дистанційно, у довгостроковій перспективі.

Наданий винахід не обмежений наведеною нижче формулою винаходу, у межах обсягу якої може бути передбачено багато модифікацій.

Claims (12)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб визначення в нагрівальному приладі того, чи мало місце запалювання суміші текучого палива і повітря, що включає наступні етапи: подачі електричного сигналу запалювання на вимірювальний ланцюг; відфільтровування сигналу горіння від сигналу запалювання; порівняння детектованого сигналу горіння із заданим профілем; і встановлення того, що очікуваний сигнал горіння мав місце протягом заданого періоду часу.

2. Спосіб за п. 1, в якому відфільтрований сигнал горіння підсилюють.

З. Спосіб за п. 1 або 2, в якому заданий період часу починається в момент запуску, який одержують із сигналу горіння.

4. Пристрій для визначення у нагрівальному приладі того, чи мало місце запалювання суміші бо текучого палива і повітря, що містить:

засіб вимірювання, на який може бути поданий електричний сигнал запалювання; засіб фільтрації для відфільтровування сигналу горіння від сигналу запалювання; засіб порівняння для порівняння відфільтрованого сигналу горіння із заданим профілем; і засіб визначення для встановлення того, чи мав місце сигнал горіння протягом заданого періоду часу.

5. Пристрій за п. 4, що містить вхід і секцію фільтра, з'єднану із входом.

6. Пристрій за п. 5, забезпечений секцією підсилювача, з'єднаною з секцією фільтра.

7. Пристрій за п. 6, забезпечений секцією запуску, з'єднаною паралельно з секцією фільтра і секцією підсилювача.

8. Пристрій за п. 6 або 7, забезпечений першою логічною секцією, яка з'єднана з виходом секції підсилювача.

9. Пристрій за п. 8, в якому друга логічна секція з'єднана з виходом секції запуску і першою логічною секцією.

10. Нагрівальний прилад, виконаний з можливістю спалювати суміш текучого палива і повітря, який містить: блок керування газовим клапаном для подачі газу; вентилятор, з'єднаний з блоком керування газовим клапаном, для всмоктування повітря; теплообмінник; пальник, розташований близько до теплообмінника; і розрядний засіб для здійснення розряду у спалюваній суміші, причому близько до теплообмінника розташована свічка запалювання, при цьому нагрівальний прилад містить пристрій за будь-яким із пп. 4-9.

11. Нагрівальний прилад за п. 10, в якому зовнішній кінець свічки запалювання продовжується по суті прямо до положення, близького до теплообмінника, і теплообмінник забезпечений виступним протиелектродом.

12. Нагрівальний прилад за п. 10 або 11, в якому теплообмінник реалізований у вигляді литого виробу.

? о п- 3 і. шт Ше Ша ЦИ / АТО ре, Щ: чат Б сш Сет ее Сн ий і - Ше ЕК я Її ПІ Ше. ГЕ У денс Що й 0-4 ее Кв т А Сх ! є Пи иту М, ОН ї (іх де То ра пот лі - ре 4 ; і ба НІ, рив З нин І Ше: В НИ: ши ЩІ; Й і ою ДК Сі і оку о; ОК ЕЕ й я й й СН пд ну

- р. дика

Фіг. 1 б о Ко і 1. КЕ В че т, 6-72 нні ще Од І р У і | І і є 9 1 | у КІ. 6 Іще -- в Му 1-7 МЕ 5 оо ль в х кни де й хх 1 ГОНКИ ІЗ с ой бЕ- ва Х и 13-77 Вб Ав оовооововосоювнй

1.

а. пеня ям й ше

Фіг. 2 че; дня ц Шо ее с «й щи Ії ес " Зее со щу Й З її ИН м у НИ оо у АД | ЩІ о п, /й пу ся пуд я Пи огоєря ЛІ и І - о і ово 1 а г Яр є ЛА пеня І НК й й ее ох ЩЕ. бен у пак І БЕів т в. Б; ПМ» : ! ЕСТЕКТЕНИТЕ и | Як ПЕНІ КЕрСкк ее синЙ ай

Фіг. З

Ед -- полсанааанннннй ї Ї ів ІН АХ п Ї | 229 ! о м

Фіг. 4 и и зо Газ С Усе! , /,/ С вон р й щи у тн А СЕК мк Ір у; Рі і шк, ик 92 | рути І ву ВУ Н й " | ---. Н ев ня о -е-75 пет в В де 6 І г 02 иа ти реле двес-те6 Несе Те А бос. 0.00. ...88. 4.7.2 я я за Фіг, 5 т и-3 що З « 4 е- -НЬ В Я пибрлдщ я і нн а не шия рин | Ов Е ще У - - ПЕ ІІІ ув зи рин ин ишще 5 г і пк жзос. В сеедтшшштт ШИ юг їй тп ут ї : Ї 3 пишне в пд І я й з ше ник у ва ОВ З а АБ НЕ І а м : 5 - Н їва т «сх КД я ріж Ї її: м дю С С Софа. уведено Стр сю ав шен | ВО же 56 53 сь Я пуд, ГГ ер аю и ВН Пивнннини шив ні шо КН ОО оно че ОВ ав рів пло хв І в КК их В РЕ Я ж КУ і ни і пт ху шо ' 150 / 132 Він 135 ін Фіг. 6 іг. іден У Й Мо сттттннння їн НТ ве ЧО В и ши ежжчючччюн нин Ак судриясооннннннтнннтнннов середи і і сі В пня

Фіг. 7А ! ІВ; ! | | ран 5, І і | |, Шо це й М;

Фіг. 78 і Ме Ай 5 пОш Ії кт

Фіг. 70 і ж

Фіг. 70 ! А: Ус 1 реосьох повний -- я Я

Фіг. 7Е рам 5 «І вл 222

Фіг. 7Е Ус: р

Фіг. 70