FR2921461A1 - Gas e.g. combustible gas, rate regulating device for e.g. gas-fired boiler, has sensor with pressure tap connected to chamber for determining gas rate in pipe, and valve placed in upstream of another tap to interrupt gas in another pipe - Google Patents
Gas e.g. combustible gas, rate regulating device for e.g. gas-fired boiler, has sensor with pressure tap connected to chamber for determining gas rate in pipe, and valve placed in upstream of another tap to interrupt gas in another pipe Download PDFInfo
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Abstract
Description
L'invention concerne un dispositif de régulation des débits de gaz alimentant un brûleur et un brûleur équipé d'un tel dispositif. The invention relates to a device for regulating the flow rates of gas supplying a burner and a burner equipped with such a device.
L'invention concerne plus particulièrement le domaine des brûleurs pour chaudière 5 à gaz alimentés par un flux d'air comburant et par un flux de gaz combustible. The invention relates more particularly to the field of gas boiler burners 5 supplied with a combustion air stream and a fuel gas stream.
Les brûleurs de l'art antérieur, illustrés sur la figure 1, comprennent une chambre d'admission 3 du gaz situé en amont du brûleur, un premier conduit d'alimentation 1 en air de la chambre, d'admission 3 et un deuxième conduit d'alimentation 2 en o gaz combustible de ladite chambre 3. Le débit d'air au travers du conduit d'alimentation 1 en air est usuellement assuré par un ventilateur 12 alors que le gaz comburant est délivré sous pression. The burners of the prior art, illustrated in FIG. 1, comprise an inlet chamber 3 for the gas situated upstream of the burner, a first air supply duct 1 for the chamber, intake chamber 3 and a second duct. supply 2 in o combustible gas of said chamber 3. The air flow through the air supply duct 1 is usually provided by a fan 12 while the combustion gas is delivered under pressure.
Afin de faire varier précisément la puissance de chauffage du brûleur, il est nécessaire de pouvoir mesurer et régler avec précision le débit d'air au travers du premier conduit 1. En outre, afin d'assurer un fonctionnement optimal du brûleur, il est nécessaire de pouvoir mesurer et régler avec précision la différence de pression entre l'alimentation en air et l'alimentation en gaz. In order to precisely vary the heating power of the burner, it is necessary to be able to accurately measure and adjust the air flow through the first pipe 1. In addition, in order to ensure optimal operation of the burner, it is necessary to to accurately measure and adjust the pressure difference between the air supply and the gas supply.
20 À cet effet, afin de mesurer le débit d'air, un premier capteur de pression différentielle 21 est connecté au premier conduit 1, en amont d'un organe déprimogène 4 disposé dans ledit premier conduit 1 d'une part, et en aval dudit organe déprimogène 4 d'autre part. En fonction de la différence de pression, il est possible d'obtenir le débit d'air. 25 D'autre part, afin de mesurer la différence de pression entre le conduit d'alimentation 1 en air et le conduit d'alimentation 2 en gaz, un deuxième capteur de pression différentielle 22 est d'une part connecté au premier conduit 1 en amont de l'organe déprimogène 21 et au deuxième conduit 2 en amont du 30 deuxième organe déprimogène 5. For this purpose, in order to measure the air flow rate, a first differential pressure sensor 21 is connected to the first duct 1, upstream of a depressor element 4 disposed in said first duct 1 on the one hand, and downstream of said depressor element 4 on the other hand. Depending on the pressure difference, it is possible to obtain the air flow. On the other hand, in order to measure the pressure difference between the air supply duct 1 and the gas supply duct 2, a second differential pressure sensor 22 is firstly connected to the first duct 1 in upstream of the depressor element 21 and at the second duct 2 upstream of the second depressor element 5.
Afin de diminuer les coûts de fabrication du dispositif de régulation des débits de gaz, les capteurs 21, 22 de pression différentielle généralement utilisés sont des 20 capteurs bon marché. Toutefois, les capteurs bon marché présentent une dérive thermique et une dérive à long terme qui excèdent souvent quelques pourcents. Le signal de sortie de ces derniers capteurs ne peut donc pas être utilisé directement pour faire des mesures précises de différence de pression sur une large plage, par exemple dans un rapport 1 à 100. Par conséquent, lorsqu'un capteur bon marché est utilisé, il est souvent nécessaire de prendre des dispositions pour effectuer à intervalles réguliers un étalonnage du zéro. In order to reduce the manufacturing costs of the gas flow control device, the generally used differential pressure sensors 21, 22 are inexpensive sensors. However, inexpensive sensors have a long-term thermal drift and drift that often exceed a few percent. The output signal of these latter sensors can not therefore be used directly to make accurate pressure difference measurements over a wide range, for example in a ratio 1 to 100. Therefore, when an inexpensive sensor is used, it is often necessary to arrange for regular zero calibration.
Pour ce faire, des vannes d'étalonnage 23, 24 sont disposées en parallèle des 10 capteurs 21, 22 afin de permettre un étalonnage régulier desdits capteurs 21, 22. Ainsi, les dérives susmentionnées sont éliminées. To do this, calibration valves 23, 24 are arranged in parallel with the sensors 21, 22 to allow regular calibration of said sensors 21, 22. Thus, the above-mentioned drifts are eliminated.
De dispositifs de régulation décrivant des capteurs de pression différentielle et des vannes d'étalonnage connectées en parallèle sont notamment décrits dans les 15 demandes de brevet FR 2 775 782 et FR 2 875 289. Regulating devices describing differential pressure sensors and calibration valves connected in parallel are described in particular in patent applications FR 2 775 782 and FR 2 875 289.
Toutefois, un dispositif Utilisant deux capteurs de pression différentielle associés à' des vannes d'étalonnage pour mesurer le débit d'air et la différence de pression entre l'air et le gaz d'alimentation est complexe et coûteux. L'invention vise à remédier à ces problèmes en proposant un dispositif de régulation des débits de gaz basé sur une régulation corrélée de la pression du gaz et de l'air. However, a device utilizing two differential pressure sensors associated with calibration valves to measure the air flow rate and the pressure difference between the air and the feed gas is complex and expensive. The invention aims to remedy these problems by proposing a gas flow control device based on a correlated regulation of the pressure of the gas and the air.
25 À cet effet, l'invention concerne un dispositif de régulation des débits de gaz alimentant un brûleur, comprenant une chambre d'admission, au moins un premier et un deuxième conduit d'alimentation de ladite chambre en gaz comburant et combustibles comportant chacun un organe déprimogène et des moyens de réglage du débit au travers du premier conduit, ledit dispositif de régulation 30 comprenant : un régulateur de pression piloté, comprenant une prise de pression consigne connectée au premier conduit et des moyens de régulation de la pression régnant dans le deuxième conduit en fonction de la ,pression consigne connectés audit deuxième conduit ; - un capteur de pression différentielle apte à délivrer un signal de commande desdits moyens de réglage du débit au travers du premier conduit et comprenant une première prise de pression connectée au deuxième conduit d'une part et une deuxième prise de pression connectée à la chambre d'admission d'autre part de manière à déterminer le débit de gaz dans le premier conduit ; et i une vanne d'interruption du gaz dans le deuxième conduit disposée en amont Io de la première prise de pression du capteur de pression différentielle. To this end, the invention relates to a device for regulating the flow rates of gas supplying a burner, comprising an intake chamber, at least a first and a second supply duct of said chamber with oxidant gas and fuels each comprising a and a device for controlling the flow rate through the first conduit, said regulator device comprising: a controlled pressure regulator, comprising a set pressure tap connected to the first conduit and pressure regulating means in the second conduit; driven according to the set pressure connected to said second conduit; a differential pressure sensor capable of delivering a control signal from said flow control means through the first duct and comprising a first pressure tap connected to the second duct and a second pressure tap connected to the control chamber; admission on the other hand so as to determine the flow of gas in the first conduit; and a gas shutoff valve in the second conduit disposed upstream of the first pressure tap of the differential pressure sensor.
Ainsi, le dispositif est simple et peu coûteux. Thus, the device is simple and inexpensive.
En effet, le rapport air/gaz combustible est réglé de manière Simple et précise au 15 moyen d'un unique régulateur de pression piloté. En outre, la mesure du débit d'air nécessite un seul capteur de pression différentielle qui peut être étalonné régulièrement au moyen d'une unique vanne: Indeed, the air / fuel gas ratio is set simply and precisely by means of a single controlled pressure regulator. In addition, air flow measurement requires a single differential pressure sensor that can be calibrated regularly using a single valve:
Avantageusement, le premier conduit et le deuxième conduit sont respectivement 20 des conduits d'alimentation en air et en gaz combustible sous pression. Dans ces conditions, la vanne d'interruption du gaz qui permet l'étalonnage du capteur de pression différentielle peut également être utilisée pour interrompre la circulation du gaz combustible. Ainsi, l'installation est sensiblement simplifiée. Advantageously, the first duct and the second duct are respectively ducts supplying air and pressurized fuel gas. Under these conditions, the gas shutoff valve that allows calibration of the differential pressure sensor can also be used to interrupt the flow of fuel gas. Thus, the installation is substantially simplified.
25 Avantageusement, les moyens de réglage du débit au travers du premier conduit comprennent un ventilateur entraînant l'air dans le premier conduit. Advantageously, the means for adjusting the flow rate through the first duct comprise a fan driving air into the first duct.
Avantageusement, le ventilateur est disposé en aval des premier et deuxième conduits d'alimentation. Ainsi, l'homogénéité du mélange air/gaz combustible 30 propulsé au travers du support de combustion est satisfaisante. Advantageously, the fan is disposed downstream of the first and second supply ducts. Thus, the homogeneity of the air / fuel gas mixture propelled through the combustion support is satisfactory.
Le dispositif de régulation comprend une unité de pilotage connectée au capteur de pression différentielle et apte à délivrer un signal de commande du ventilateur. The regulating device comprises a control unit connected to the differential pressure sensor and able to deliver a control signal of the fan.
II s'en suit que l'unité de pilotage permet d'ajuster le débit de gaz dans le premier conduit, en faisant varier la vitesse de rotation du ventilateur en fonction de la mesure effectuée par le capteur de pression différentielle. It follows that the control unit makes it possible to adjust the flow rate of gas in the first duct, by varying the speed of rotation of the fan as a function of the measurement made by the differential pressure sensor.
s Avantageusement, le régulateur de pression piloté est agencé de manière à ce que la pression régnant dans le deuxième conduit soit égale à la pression consigne. Le rapport air/gaz comburant est ainsi réglé de manière à assurer une combustion optimale. Advantageously, the controlled pressure regulator is arranged in such a way that the pressure prevailing in the second conduit is equal to the set pressure. The air / gas oxidant ratio is thus adjusted so as to ensure optimum combustion.
ro Avantageusement, le régulateur de pression piloté est un régulateur mécanique qui est un régulateur simple, fiable et peu coûteux. Dans un mode de réalisation, le régulateur de pression est un régulateur à membrane Advantageously, the controlled pressure regulator is a mechanical regulator which is a simple, reliable and inexpensive regulator. In one embodiment, the pressure regulator is a membrane regulator
Dans un mode de réalisation, la vanne est une électrovanne connectée à l'unité 15 de commande du ventilateur. In one embodiment, the valve is a solenoid valve connected to the fan control unit.
L'inventiôn a concerne également un brûleur poûr chaudière comprenant un dispositif de régulation tel que défini ci-dessus. The invention also relates to a boiler burner comprising a control device as defined above.
20 D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : Other objects and advantages of the invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings, in which:
La figure 1 est une vue schématique d'un brûleur équipé d'un dispositif de régulation de l'art antérieur, tel que décrit précédemment ; et La figure 2 est une vue schématique d'un brûleur équipé d'un exemple de dispositif de régulation selon l'invention Figure 1 is a schematic view of a burner equipped with a regulating device of the prior art, as described above; and FIG. 2 is a schematic view of a burner equipped with an example of a regulating device according to the invention
La figure 2 représente un brûleur notamment destiné à alimenter une chaudière 18 30 à gaz, équipé d'un dispositif de régulation des débits de gaz selon l'invention. FIG. 2 shows a burner, in particular for supplying a gas boiler 18, equipped with a device for regulating the gas flow rates according to the invention.
Afin d'assurer l'alimentation en gaz du brûleur, l'installation comprend un premier conduit 1 d'alimentation en air comburant et un deuxième conduit 2 d'alimentation 255 en gaz combustible. Chacun de ces conduits 1, 2 débouche dans une chambre d'admission 3 disposée en amont d'une chambre de mélange 19. Dans le mode de réalisation représenté, la chambre d'admission 3 comprend une section identique à la section clu premier conduit 1. La chambre de mélange 19 est équipée d'un ventilateur 12 entraîné par un moteur électrique 13 et permettant d'assurer l'entraînement de l'air et du gaz combustible vers le support de combustion 20 du brûleur. In order to ensure the supply of gas to the burner, the installation comprises a first conduit 1 for supplying combustion air and a second conduit 2 for supplying fuel gas 255. Each of these ducts 1, 2 opens into an intake chamber 3 disposed upstream of a mixing chamber 19. In the embodiment shown, the intake chamber 3 comprises a section identical to the section of the first duct 1 The mixing chamber 19 is equipped with a fan 12 driven by an electric motor 13 and making it possible to drive air and fuel gas to the combustion support 20 of the burner.
io Les conduits d'alimentation en air 1 et en gaz 2 sont chacun équipés d'un organe déprimogène 4, 5, tel qu'un venturi, disposé entre le conduit d'alimentation 1, 2 et la chambre d'admission 3. The air supply ducts 1 and gas ducts 2 are each equipped with a pressure reducing element 4, 5, such as a venturi, arranged between the supply duct 1, 2 and the inlet chamber 3.
Sur la figure 1, Pa désigne la pression d'air dans le conduit d'air 1 en amont de l'organe déprimogène 4, Pg désigne la pression de gaz combustible dans le conduit 2 en amont de l'organe déprimogène et Pm désigne la pression du mélange air/gaz combustible qui règne dans la chambre d'admission 3. In FIG. 1, Pa denotes the air pressure in the air duct 1 upstream of the depressor element 4, Pg denotes the fuel gas pressure in the duct 2 upstream of the depressor element and Pm denotes the air / fuel gas mixture pressure prevailing in the intake chamber 3.
Afin de délivrer un mélange air/gaz combustible dans un rapport permettant un 20 fonctionnement optimal du brûleur, le dispositif de régulation comporte un régulateur de pression piloté 6. Le régulateur de pression 6 comprend une prise de pression 7 Pa consigne connectée au conduit d'alimentation en air 1 et des moyens de régulation de la pression Pg régnant dans le conduit d'alimentation 2 en gaz combustible. 25 De préférence, les moyens de régulation sont agencés de manière à ce que la pression Pg régnant dans le conduit d'alimentation 2 en gaz soit égale à la pression Pa régnant dans le conduit d'alimentation 1 en air. In order to deliver an air / fuel gas mixture in a ratio allowing an optimal operation of the burner, the regulating device comprises a controlled pressure regulator 6. The pressure regulator 6 comprises a pressure tap 7 Pa set connected to the duct of air supply 1 and means for regulating the pressure Pg prevailing in the supply duct 2 of fuel gas. Preferably, the regulation means are arranged in such a way that the pressure Pg prevailing in the gas supply duct 2 is equal to the pressure Pa prevailing in the supply duct 1 in air.
30 Avantageusement, le régulateur de pression piloté 6 est un régulateur de pression mécanique, tel qu'un régulateur à membrane. Dans ce cas, le régulateur 6 comprend une membrane mobile, non représentée, qui est soumise d'une part à la pression Pa et d'autre part à la pression Pg. En fonction de la position de la membrane, un piston de réglage du débit dans le deuxième conduit 2 est déplacé afin d'ajuster la pression Pg en fonction de la pression Pa. Advantageously, the controlled pressure regulator 6 is a mechanical pressure regulator, such as a membrane regulator. In this case, the regulator 6 comprises a movable membrane, not shown, which is subjected on the one hand to the pressure Pa and on the other hand to the pressure Pg. Depending on the position of the diaphragm, an adjusting piston of the Flow rate in the second duct 2 is displaced in order to adjust the pressure Pg as a function of the pressure Pa.
Par ailleurs, afin de mesurer le débit d'air et/ou de gaz combustible, le dispositif de régulation comprend un capteur de pression différentielle 8 connectée au deuxième conduit 2 en 9 d'une part et à la chambre d'admission 3 en 10 d'autre part. Le capteur de pression différentielle 8 mesure la différence de pression PmûPg. Le capteur de pression différentielle 8 est par exemple agencé pour mesurer des différences de pression dans un domaine s'étendant de 80 Pa à 250 Pa, pour ~o un brûleur d'une capacité d'environ 25 kW. Furthermore, in order to measure the flow of air and / or combustible gas, the regulating device comprises a differential pressure sensor 8 connected to the second duct 2 at 9 on the one hand and to the intake chamber 3 in 10 on the other hand. The differential pressure sensor 8 measures the pressure difference PmûPg. The differential pressure sensor 8 is for example designed to measure pressure differences in a range extending from 80 Pa to 250 Pa, for ~ o a burner with a capacity of about 25 kW.
Comme cela est bien connu, le débit d'air Qa dans le conduit d'alimentation 1 en air est lié à la différence de pression Pm-Pa régnant de part et d'autre de l'organe déprimogène 4. De même, le débit de gaz Qg dans le conduit d'alimentation en 15 gaz 2 est lié à la différence de pression Pm-Pg régnant de part et d'autre de l'organe déprimogène 5. As is well known, the air flow Qa in the air supply duct 1 is related to the pressure difference Pm-Pa prevailing on either side of the pressure-reducing member 4. Likewise, the flow rate of gas Qg in the gas supply duct 2 is related to the pressure difference Pm-Pg prevailing on either side of the pressure-reducing member 5.
En outre, le régulateur de pression piloté 6 étant agencé pour réguler la pression Pg régnant dans le conduit d'alimentation 2 en gaz en fonction de la pression Pa 20 régnant dans le conduit d'alimentation 1 en air, il est possible de calculer le débit d'air et/ou de gaz dans les conduits d'alimentation 1, 2 en fonction de la différence de pression Pm-Pg ( : égale à la différence de pression Pm-Pa lorsque Pa=Pg). In addition, the controlled pressure regulator 6 is arranged to regulate the pressure Pg prevailing in the gas supply duct 2 according to the pressure Pa 20 prevailing in the supply duct 1 to air, it is possible to calculate the flow of air and / or gas in the supply ducts 1, 2 as a function of the pressure difference Pm-Pg (: equal to the pressure difference Pm-Pa when Pa = Pg).
Par ailleurs, le conduit d'alimentation 2 en gaz est équipé d'une électrovanne 11 25 disposée en amont de la première prise de pression 9 du capteur 8. D'une part, l'électrovanne 11 permet d'arrêter l'alimentation en gaz combustible sous pression du brûleur, lorsque le brûleur est éteint. D'autre part, l'électrovanne 11 permet également d'étalonner le capteur de pression différentielle 8 régulièrement. Furthermore, the gas supply duct 2 is equipped with a solenoid valve 11 25 arranged upstream of the first pressure tap 9 of the sensor 8. On the one hand, the solenoid valve 11 makes it possible to stop the supply of electricity. fuel gas under burner pressure, when the burner is off. On the other hand, the solenoid valve 11 also makes it possible to calibrate the differential pressure sensor 8 regularly.
30 En effet, lorsque l'électrovanne 11 est en position de fermeture la différence de pression Pg-Pm est nulle. Ainsi, il est possible d'étalonner précisément le zéro du capteur de pression différentielle 8 lorsque l'électrovanne 11 est en position de fermeture. Indeed, when the solenoid valve 11 is in the closed position, the pressure difference Pg-Pm is zero. Thus, it is possible to accurately calibrate the zero of the differential pressure sensor 8 when the solenoid valve 11 is in the closed position.
Le dispositif de régulation selon l'invention comprend en outre une unité de pilotage 15 connecté à des moyens d'allumage 16 du brûleur, à un capteur de température 17, à l'électrovanne 11, au capteur de pression différentielle 8 et au système de commande 14 du moteur 13 entraînant en rotation les pales du ventilateur 12. The regulating device according to the invention furthermore comprises a control unit 15 connected to ignition means 16 of the burner, to a temperature sensor 17, to the solenoid valve 11, to the differential pressure sensor 8 and to the control system. control 14 of the motor 13 rotating the blades of the fan 12.
Le fonctionnement d'un dispositif de régulation selon l'invention sera décrit ci-après. The operation of a regulating device according to the invention will be described below.
Lorsque le brûleur est éteint, la vanne 11 d'arrivée de gaz est fermée et le moteur 13 entraînant le ventilateur est en position d'arrêt. Par conséquent, il n'y a pas de débit de gaz dans les conduit d'alimentation 1, 2 et la différence de pression Pm-Pg est nulle. L'unité de pilotage 15 peut donc transmettre au capteur de pression différentielle 8 un signal de mise à zéro afin d'effectuer un étalonnage dudit capteur 8. When the burner is off, the gas supply valve 11 is closed and the motor 13 driving the fan is in the off position. Therefore, there is no gas flow in the feed ducts 1, 2 and the pressure difference Pm-Pg is zero. The control unit 15 can therefore transmit to the differential pressure sensor 8 a zeroing signal in order to perform a calibration of said sensor 8.
Lorsque la température du fluide caloporteur mesurée par le capteur de température 17 est inférieure à une température de consigne, l'unité de pilotage 15 transmet au système de commande 14 du moteur 13, aux moyens d'allumage 16 du brûleur et à la vanne 11 d'arrivée de gaz, un signal d'allumage du brûleur. Ainsi, l'électrovanne 11 d'arrivée du gaz se déplace en position d'ouverture, le moteur 13 est entraîné afin d'assurer une circulation d'air dans le conduit d'alimentation 1 en air et un train d'étincelle est générée par les moyens d'allumage 16. When the temperature of the coolant measured by the temperature sensor 17 is lower than a set temperature, the control unit 15 transmits to the control system 14 of the engine 13, the ignition means 16 of the burner and the valve 11 gas supply, a burner ignition signal. Thus, the gas inlet solenoid valve 11 moves in the open position, the motor 13 is driven to ensure air circulation in the supply duct 1 to air and a spark train is generated. by the ignition means 16.
Selon un mode particulier de fonctionnement, l'étape d'allumage du brûleur est réalisée avec une vitesse d'entraînement du moteur 13 fixe, par exemple d'environ 2 000 tours/minutes pour un brûleur de 25 kW. En fonctionnement, la température du fluide caloporteur mesurée par le capteur 17 est comparée par l'unité de pilotage 15 à une température de consigne. En fonction de cette comparaison, l'unité de pilotage 15 génère une consigne de débit to d'air qui est comparée au débit d'air issu du capteur de pression différentielle 8. De façon à ajuster le débit d'air dans le conduit d'alimentation 1 à la consigne, l'unité centrale 15 transmet un signal consigne aux moyens de commande 14 du moteur 13 afin de régler sa vitesse de rotation. La vitesse de rotation du moteur 13 est alors réglée de telle sorte que le débit d'air Qa produit par le ventilateur 12 dans le premier conduit devienne égal à la consigne de débit. Par ailleurs, on notera que le rapport air/gaz combustible du brûleur est constamment équilibré par le régulateur de pression piloté 6. L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l'invention sans pour autant sortir du cadre de l'invention. According to a particular mode of operation, the ignition stage of the burner is performed with a drive speed of the fixed motor 13, for example about 2000 revolutions / minute for a burner of 25 kW. In operation, the temperature of the coolant measured by the sensor 17 is compared by the control unit 15 to a set temperature. According to this comparison, the control unit 15 generates an air flow rate setpoint which is compared with the air flow rate coming from the differential pressure sensor 8. In order to adjust the air flow in the air duct supply 1 to the setpoint, the central unit 15 transmits an instruction signal to the control means 14 of the motor 13 in order to adjust its speed of rotation. The rotational speed of the motor 13 is then adjusted so that the air flow Qa produced by the fan 12 in the first duct becomes equal to the flow setpoint. Furthermore, it will be noted that the air / fuel gas ratio of the burner is constantly balanced by the controlled pressure regulator 6. The invention is described in the foregoing by way of example. It is understood that the skilled person is able to achieve different embodiments of the invention without departing from the scope of the invention.
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