ES2765022T3 - Control procedure for a gas appliance or boiler - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para controlar una caldera de gas provista de un quemador (1) y que comprende una válvula de control (7) para el gas alimentado al quemador (1), unos medios (2) para detectar una llama presente en este último y producir una señal para determinar un dato de combustión y unos medios de control (5) para controlar unos elementos funcionales de la caldera que incluyen dicha válvula de control (7), estando esta última situada en un conducto (8) que alimenta gas a por lo menos una línea de alimentación de gas conectada al quemador, comprendiendo el procedimiento un control de la combustión de gas en el quemador (1) y una intervención en la válvula de control (7) sobre la base del dato de combustión determinado para modificar el flujo de gas al quemador (1), siempre que el dato de combustión indique una combustión incorrecta y para devolver dicho dato de combustión dentro de parámetros predefinidos representativos de la combustión correcta, siendo dicho control implementado independientemente del gas alimentado al quemador y del ajuste particular del quemador para funcionar con un tipo de gas particular, estando el procedimiento caracterizado por reemplazar cada orificio dispuesto específicamente para un tipo de gas particular de una línea de alimentación de gas correspondiente conectada al quemador mediante un agujero calibrado, siendo dicho agujero independiente del tipo de gas alimentado al quemador y caracterizado además, tras la instalación de la caldera, por activar el quemador (1), verificar los parámetros de funcionamiento de la válvula de control (7) y/o de la variación en la señal que se produce a partir de los medios de detección de llama (2) e identificar el tipo de gas alimentado, a continuación, como resultado de esto, intervenir automática o manualmente en los parámetros de funcionamiento de quemador actuando sobre la configuración de los medios de control (5) sobre la base de dicho dato de combustión determinado.Procedure for controlling a gas boiler provided with a burner (1) and comprising a control valve (7) for the gas fed to the burner (1), means (2) to detect a flame present in the latter and produce a signal to determine combustion data and control means (5) to control functional elements of the boiler that include said control valve (7), the latter being located in a conduit (8) that feeds gas to at least a gas supply line connected to the burner, the procedure comprising a control of the gas combustion in the burner (1) and an intervention in the control valve (7) on the basis of the combustion data determined to modify the flow of gas to the burner (1), provided that the combustion data indicates an incorrect combustion and to return said combustion data within predefined parameters representative of the correct combustion, said control being implemented independently depending on the gas fed to the burner and the particular setting of the burner to operate with a particular type of gas, the procedure being characterized by replacing each orifice specifically arranged for a particular type of gas of a corresponding gas supply line connected to the burner by means of a calibrated hole, said hole being independent of the type of gas fed to the burner and further characterized, after the installation of the boiler, by activating the burner (1), verifying the operating parameters of the control valve (7) and / or the variation in the signal that occurs from the flame detection means (2) and identify the type of gas supplied, then, as a result of this, intervene automatically or manually on the burner operating parameters by acting on the configuration of the control means (5) on the basis of said determined combustion data.
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Procedimiento de control para un aparato o caldera de gas.Control procedure for a gas appliance or boiler.
La presente invención se refiere a un procedimiento de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. La invención asimismo se refiere a un aparato de gas de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 4. Dicho procedimiento y aparato de gas se conocen a partir del documento DE 10001251 A1.The present invention relates to a method according to the preamble of claim 1. The invention also relates to a gas apparatus according to the preamble of claim 4. Said method and gas apparatus are known from the document DE 10001251 A1.
En los aparatos de gas, el gas se alimenta al/a los quemador/quemadores a través de agujeros u orificios calibrados que, en combinación con el valor de la presión en la salida de la válvula de gas, definen el caudal de flujo de gas correcto correspondiente a la potencia de trabajo del aparato. El agujero u orificio calibrado normalmente es un componente independiente que se añade a la línea de alimentación de gas o directamente al quemador, de modo que se puede reemplazar si el aparato se va a adaptar a un tipo de gas combustible diferente.In gas appliances, gas is fed to the burner / burners through calibrated holes or orifices that, in combination with the pressure value at the outlet of the gas valve, define the gas flow rate correct corresponding to the working power of the appliance. The calibrated hole or orifice is normally a separate component that is added to the gas supply line or directly to the burner, so it can be replaced if the appliance is to be adapted to a different type of fuel gas.
La necesidad del agujero u orificio calibrado se presenta principalmente debido a la necesidad de adaptar las presiones de salida de gas (procedentes de las líneas de alimentación del quemador) a los rangos normales de funcionamiento de las válvulas de gas disponibles comercialmente, debido a la presencia normal de una regulación de presión aguas abajo de la bombona en el caso del gas GLP, debido a la necesidad de obtener una mezcla correcta de gas-aire (como consecuencia de una velocidad de salida de gas predefinida de cada orificio individual) y debido a la imposibilidad de los sistemas tradicionales de valorar la situación respectiva.The need for the calibrated hole or orifice arises mainly due to the need to adapt the gas outlet pressures (coming from the burner supply lines) to the normal operating ranges of commercially available gas valves, due to the presence normal of a pressure regulation downstream of the cylinder in the case of LPG gas, due to the need to obtain a correct mixture of gas-air (as a consequence of a predefined gas exit velocity from each individual orifice) and due to the impossibility of traditional systems to assess the respective situation.
Por ejemplo, si existe un conjunto de caldera que funcione con metano, su conversión a GLP requiere la sustitución de los orificios con orificios de menor diámetro para poder trabajar con presiones de salida de válvula de gas más altas. Esta conversión asimismo requiere que se calibre la válvula de gas, tanto si esta provista de calibración mecánica (topes mecánicos) o calibración electrónica (accionadores accionados por motor o de solenoide para regular el flujo de gas). Si los orificios de metano no se sustituyen por orificios GLP específicos, tendrá lugar un aumento en el flujo de gas (y, por lo tanto, en la potencia consumida) de forma orientativa de aproximadamente entre el 50 % y el 70 %.For example, if there is a boiler assembly that works with methane, its conversion to LPG requires replacing the orifices with smaller diameter orifices in order to work with higher gas valve outlet pressures. This conversion also requires the gas valve to be calibrated, whether it is provided with mechanical calibration (mechanical stops) or electronic calibration (motor-operated actuators or solenoid to regulate gas flow). If the methane orifices are not replaced by specific LPG orifices, an increase in the gas flow (and, therefore, in the power consumed) will take place approximately as a guideline of approximately between 50% and 70%.
La consecuencia de todo ello sería que la combustión se situaría fuera de los parámetros "limpios" permitidos por las normativas (en este caso, la combustión es peligrosa para el medio ambiente y potencialmente para las personas) y, con el riesgo de dañar el quemador y/o intercambiador de calor del aparato de gas, con el potencial peligro para personas o bienes (por ejemplo, peligro de incendio).The consequence of all this would be that the combustion would be outside the "clean" parameters allowed by the regulations (in this case, the combustion is dangerous for the environment and potentially for people) and, with the risk of damaging the burner and / or gas appliance heat exchanger, with the potential danger to persons or property (eg fire hazard).
La necesidad de orificios reemplazables u agujeros calibrados en la línea de alimentación de gas al quemador (asimismo situado en este último) conlleva un coste adicional sustancial para el fabricante de dichos aparatos de gas, ya que, por ejemplo, en los quemadores de rampa atmosféricos, que normalmente presentan de entre 5 y 20 orificios, estos se deben preparar e insertar manualmente por el fabricante durante la construcción de la caldera y por el instalador durante la conversión a un tipo de gas diferente. Existe una situación similar en los quemadores de premezcla en los que, aunque solo se prevea un orificio, es normal tener que cambiar el orificio en la conversión a la familia de gas utilizada (por ejemplo, de gas natural a gas GLP, es decir, de la segunda familia a la tercera familia).The need for replaceable orifices or calibrated holes in the gas supply line to the burner (also located in the latter) carries a substantial additional cost for the manufacturer of such gas appliances, since, for example, in atmospheric ramp burners , which normally have between 5 and 20 holes, these must be prepared and inserted manually by the manufacturer during the construction of the boiler and by the installer during the conversion to a different type of gas. A similar situation exists in premix burners in which, even if only one orifice is provided, it is normal to have to change the orifice in the conversion to the family of gas used (for example, from natural gas to LPG gas, i.e. from the second family to the third family).
A menudo, el instalador asimismo debe realizar la conversión a un tipo de gas diferente mediante el reemplazo de los orificios. Es conocido un amplio historial de daños a bienes y personas debido a errores en la conversión del aparato.Often times, the installer must also convert to a different gas type by replacing the orifices. A long history of damage to property and people due to errors in the conversion of the appliance is known.
Un objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento y un aparato en los que se ponga en práctica el presente procedimiento, que representen mejoras en los procedimientos y aparatos conocidos correspondientes. An object of the present invention is to provide a method and apparatus in which the present method is practiced, representing improvements in corresponding known methods and apparatus.
Un objetivo particular de la invención es proporcionar un procedimiento para controlar un aparato de gas que permita que este último se use con cualquier tipo de gas, sin que resulte necesario modificar o adaptar "mecánicamente" dicho aparato (o caldera) a un gas particular o familia de gas.A particular objective of the invention is to provide a method for controlling a gas appliance that allows the latter to be used with any type of gas, without it being necessary to "mechanically" modify or adapt said appliance (or boiler) to a particular gas or gas family.
Otro objetivo es proporcionar un procedimiento del tipo indicado mediante el que pueda funcionar la caldera de acuerdo con los parámetros de combustión óptimos para cada tipo de gas y que permita evitar situaciones de combustión con parámetros no aceptados por las normativas, pero siempre con parámetros tales, que se obtenga una combustión no contaminante.Another objective is to provide a procedure of the indicated type by means of which the boiler can operate according to the optimal combustion parameters for each type of gas and which allows avoiding combustion situations with parameters not accepted by the regulations, but always with such parameters, non-polluting combustion is obtained.
Otro objetivo es proporcionar un procedimiento del tipo indicado que permita que la caldera funcione de manera correcta y segura.Another objective is to provide a procedure of the indicated type that allows the boiler to function correctly and safely.
Otro objetivo es proporcionar un aparato o una caldera de gas en los que se ponga en práctica el procedimiento mencionado anteriormente y que presenten costes de producción e instalación bajos.Another objective is to provide an apparatus or a gas boiler in which the aforementioned process is practiced and which have low production and installation costs.
Estos y otros objetivos que se pondrán de manifiesto para el experto en la materia se logran mediante un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 y un aparato de gas de acuerdo con la reivindicación 4. En las reivindicaciones dependientes se describen características y ventajas adicionales detalladas.These and other objectives that will become apparent to the person skilled in the art are achieved through a method according to claim 1 and a gas apparatus according to claim 4. Detailed additional features and advantages are described in the dependent claims.
La presente invención se entenderá mejor a partir de los dibujos adjuntos, que se proporcionan a título de ejemplo no limitativo y en los que:The present invention will be better understood from the accompanying drawings, which are provided by way of non-limiting example and in which:
la figura 1 representa un diagrama de bloques de la caldera o aparato de gas, en el que se pone en práctica un procedimiento de acuerdo con la invención; yFigure 1 represents a block diagram of the boiler or gas apparatus, in which a method according to the invention is implemented; and
la figura 2 representa un diagrama de flujo de un procedimiento de acuerdo con la invención.Figure 2 represents a flow diagram of a method according to the invention.
Haciendo referencia a dichas figuras, la figura 1 representa un diagrama de bloques simplificado de algunos elementos (útiles para comprender la presente invención) de una caldera o aparato de gas realizado de acuerdo con la invención. La caldera comprende un quemador 1, cerca del que se sitúa un electrodo 2 (o componente equivalente) para percibir el nivel de llama del quemador 1. Dicho electrodo sensor o componente 2 se asocia con su propio circuito electrónico conocido (no representado), y funciona generando una señal eléctrica correspondiente a la "calidad" de la combustión, es decir, percibiendo si tiene lugar sin generar contaminación y si se encuentra dentro de los límites de regulación.Referring to said figures, figure 1 represents a simplified block diagram of some elements (useful to understand the present invention) of a boiler or gas apparatus made according to the invention. The boiler comprises a burner 1, near which an electrode 2 (or equivalent component) is located to perceive the flame level of the burner 1. Said sensor electrode or component 2 is associated with its own known electronic circuit (not shown), and It works by generating an electrical signal corresponding to the "quality" of the combustion, that is, perceiving whether it takes place without generating contamination and whether it is within the regulatory limits.
El electrodo 2 se conecta preferentemente a una unidad de microprocesador 5 adaptada para controlar el funcionamiento correcto de la caldera. Más específicamente, este control por la unidad 5 tiene lugar mediante la señal de llama (procedente del electrodo) utilizada como retroalimentación para un circuito de bucle que asimismo comprende un accionador 6 para una válvula de modulación 7 (es decir, para cierre y/o reducción) para que el gas fluya hacia el quemador y situada en una línea de alimentación de gas 8 al quemador. Esta línea de alimentación 8 se conecta a uno o más conductos de alimentación de gas (no representados) asociados con el quemador. Electrode 2 is preferably connected to a microprocessor unit 5 adapted to control the correct operation of the boiler. More specifically, this control by unit 5 takes place by means of the flame signal (coming from the electrode) used as feedback for a loop circuit that also comprises an actuator 6 for a modulating valve 7 (that is, for closing and / or reduction) for gas to flow to the burner and located on a gas supply line 8 to the burner. This supply line 8 is connected to one or more gas supply lines (not shown) associated with the burner.
Cada línea de alimentación de gas no presenta orificios dispuestos específicamente para un tipo de gas particular con el que puede funcionar la caldera. Si el quemador está provisto de una pluralidad de líneas de alimentación de gas, no todas ellas presentan orificios de gas específicos, sino que comprenden un orificio calibrado simple que se puede utilizar con cualquier gas que alimente al quemador.Each gas supply line does not have orifices specifically arranged for a particular type of gas with which the boiler can operate. If the burner is provided with a plurality of gas supply lines, not all of them have specific gas orifices, but comprise a simple calibrated orifice that can be used with any gas that supplies the burner.
Después de una etapa de inicio (bloque 10) en la que el quemador se activa abriendo la válvula 7, el procedimiento de la invención comprende la activación de un algoritmo de control de combustión (bloque 11). Dicho control se pone en práctica, de manera conocida, en base a la vigilancia de la llama mediante el electrodo 2.After a starting stage (block 10) in which the burner is activated by opening valve 7, the method of the invention comprises activating a combustion control algorithm (block 11). Said control is carried out, in a known manner, on the basis of monitoring the flame by means of electrode 2.
El control asimismo se puede llevar a cabo de acuerdo con la solicitud PCT número PCT/IT2010/000126 a nombre del mismo solicitante, según el cual, la unidad de control 5 coopera con una unidad de memoria (no representada) en la que se almacenan una pluralidad de condiciones de trabajo óptimas de caldera, condiciones que son funciones de características relacionadas con la llama, la potencia térmica y el valor lambda, y se representan en curvas de funcionamiento. De acuerdo con este procedimiento de control, el punto de funcionamiento de caldera se determina en una de estas curvas, la relación aire/gas de combustión se modifica a partir de un valor de funcionamiento actual, desplazando dicho punto de funcionamiento a lo largo de la curva, verificando si esta variación de relación llega a un valor predefinido y, si este es el caso, restaurando una relación aire-gas anterior de funcionamiento correcto, mientras que si este no es el caso, el flujo de gas se modifica para lograr una relación de combustión óptima.Control can also be carried out according to PCT application number PCT / IT2010 / 000126 on behalf of the same applicant, according to which control unit 5 cooperates with a memory unit (not shown) in which they are stored a plurality of optimal boiler operating conditions, conditions that are functions of characteristics related to flame, heat output, and lambda value, and are plotted on operating curves. In accordance with this control procedure, the boiler operating point is determined in one of these curves, the air / combustion gas ratio is modified from a current operating value, moving said operating point along the curve, verifying if this ratio variation reaches a predefined value and, if this is the case, restoring a previous air-gas ratio of correct operation, while if this is not the case, the gas flow is modified to achieve a optimal combustion ratio.
El siguiente bloque 12 evalúa si la combustión ha comenzado y si se encuentra dentro de los parámetros y es no contaminante, o si se encuentra fuera de dichos parámetros.The next block 12 evaluates if the combustion has started and if it is within the parameters and is non-polluting, or if it is outside these parameters.
Si la respuesta es negativa (combustión dentro de los parámetros de la normativa), el flujo de gas al quemador aumenta actuando mediante la unidad 5 en la válvula 7 (bloque 13) como mucho hasta un valor máximo predeterminado, y el proceso termina (bloque 14).If the response is negative (combustion within the parameters of the regulation), the gas flow to the burner increases by acting through unit 5 on valve 7 (block 13) at most up to a predetermined maximum value, and the process ends (block 14).
Si la respuesta es positiva (combustión fuera de los parámetros de la normativa), el flujo de gas disminuye (bloque 15) y se evalúa si se ha alcanzado un valor de flujo mínimo (bloque 16). Si se encuentra en esta condición, posiblemente después de una sucesión de modificaciones de flujo, el quemador se detiene (bloque 17) porque se percibe una condición de mal funcionamiento de modo que hace oportuno bloquear o detener el aparato para evitar posibles daños o peligros y resulta necesario el servicio de mantenimiento. Si no se encuentra en esta condición y la reducción del flujo de gas por el accionador 6 de la válvula 7 lleva la caldera a una condición de funcionamiento dentro de los límites aceptados, la situación alcanzada se mantiene mientras el funcionamiento tenga lugar correctamente. El proceso, por lo tanto, termina (bloque 14).If the response is positive (combustion outside the parameters of the regulations), the gas flow decreases (block 15) and it is evaluated whether a minimum flow value has been reached (block 16). If it is in this condition, possibly after a succession of flow modifications, the burner stops (block 17) because a malfunction condition is perceived so that it is appropriate to lock or stop the appliance to avoid possible damage or danger and maintenance service is necessary. If it is not in this condition and the reduction of the gas flow by the actuator 6 of the valve 7 brings the boiler to an operating condition within the accepted limits, the reached situation is maintained as long as the operation takes place correctly. The process, therefore, ends (block 14).
La unidad de control 5 mantiene la válvula 7 en la posición alcanzada siempre que el gas dentro del sistema o aparato permanezca a una velocidad de flujo tal, que permita la combustión correcta con el paso del tiempo. The control unit 5 maintains the valve 7 in the reached position as long as the gas within the system or apparatus remains at a flow rate such that it allows correct combustion over time.
En consecuencia, al usar el control de combustión sobre la base de gobernar la válvula de gas mediante control electrónico (por ejemplo, mediante retroalimentación procedente de la señal de llama) se puede percibir una mala condición de combustión (que se puede deber a la presencia del tipo incorrecto de gas) y se pueden tomar medidas de la siguiente manera:Accordingly, by using combustion control on the basis of governing the gas valve by control electronic (for example, by feedback from the flame signal) a bad combustion condition can be perceived (which may be due to the presence of the wrong type of gas) and measures can be taken as follows:
- reducir el flujo de gas (actuando en el accionador de la válvula de gas 7) hasta que se llegue al cierre si no se logra el funcionamiento correcto de la combustión;- reduce the gas flow (acting on the actuator of the gas valve 7) until the closure is reached if the correct operation of the combustion is not achieved;
- asegurar el funcionamiento de emergencia donde sea posible e indicar la irregularidad al instalador, quien luego regulará la presión del gas de salida para adaptarlo al tipo de gas en uso, restaurando así las condiciones de trabajo correctas;- ensure emergency operation where possible and indicate the irregularity to the installer, who will then regulate the outlet gas pressure to adapt it to the type of gas in use, thus restoring the correct working conditions;
- intervenir automáticamente en la regulación de presión (en el caso de una válvula de gas sin calibración mecánica).- automatically intervene in pressure regulation (in the case of a gas valve without mechanical calibration).
En cualquier caso, se garantiza el funcionamiento correcto y seguro de la caldera bajo cualquier condición. In any case, the correct and safe operation of the boiler is guaranteed under all conditions.
Por lo tanto, mediante el uso del control de combustión correcta (como el proceso mencionado anteriormente sobre la base de curvas de funcionamiento u otro procedimiento sobre la base de la vigilancia de llama o añadiendo otros sensores de combustión), en el que el tipo y la forma del quemador aseguran una correcta mezcla de aire/gas, el requisito de orificios intercambiables asociados con las líneas de alimentación de gas desaparece.Therefore, by using the correct combustion control (such as the process mentioned above based on operating curves or another procedure based on flame monitoring or adding other combustion sensors), in which the type and The shape of the burner ensures proper air / gas mixing, the requirement for interchangeable orifices associated with gas supply lines disappears.
A partir de la invención, se puede usar el mismo modelo de caldera o una potencia definida de un aparato de gas para todos los tipos de gas, sin la necesidad de modificar los orificios sobre la base del gas alimentado al aparato. Esto simplifica la instalación por parte del instalador/personal del servicio de mantenimiento que, para adaptar la caldera al gas en particular, simplemente tiene que actuar sobre un parámetro de configuración de la unidad de control (o más bien sobre su algoritmo de control) sobre la base del dato de combustión (llama) determinado. From the invention, the same boiler model or a defined power of a gas appliance can be used for all types of gas, without the need to modify the orifices on the basis of the gas supplied to the appliance. This simplifies installation by the installer / maintenance service personnel who, in order to adapt the boiler to the particular gas, simply have to act on a configuration parameter of the control unit (or rather on its control algorithm) on the basis of the determined combustion data (flame).
Por lo tanto, los orificios intercambiables se reemplazan totalmente, sustituyéndolos por un agujero calibrado simple en el lado de alimentación de gas, para obtener la máxima ventaja de costes durante la producción de la caldera. Además, en los quemadores de premezcla controlados por un sistema de control de combustión automático (control de la relación aire/gas) que se adapta al tipo de gas, la presencia de un tipo de gas diferente durante la instalación se puede indicar mediante la vigilancia de los parámetros de control de la válvula de gas o la dinámica de la señal de llama, sobre la base de una potencia de trabajo o a un valor de combustión definidos (mayor o menor apertura de la válvula de gas para obtener el mismo dato de combustión o mayor o menor dinámica de la señal de llama para condiciones de trabajo iguales), de modo que advierte al instalador de la necesidad de modificar el parámetro de configuración de la familia de gas .Therefore, the interchangeable orifices are completely replaced, replacing them with a simple calibrated hole on the gas supply side, to obtain the maximum cost advantage during boiler production. In addition, on premix burners controlled by an automatic combustion control system (air / gas ratio control) that is tailored to the type of gas, the presence of a different type of gas during installation can be indicated by monitoring of the gas valve control parameters or the dynamics of the flame signal, based on a working power or a defined combustion value (greater or lesser opening of the gas valve to obtain the same combustion data or greater or lesser dynamics of the flame signal for equal working conditions), so that it warns the installer of the need to modify the gas family configuration parameter.
Se ha descrito una forma de realización particular de la invención. Sin embargo, son posibles otras formas de realización que están comprendidas dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. A particular embodiment of the invention has been described. However, other embodiments are possible which are within the scope of the appended claims.
Claims (4)
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