EP1635117A1 - Procédé pour la régulation du rapport air/gaz d'un brûleur et brûleur mettant en oeuvre ce procédé - Google Patents

Procédé pour la régulation du rapport air/gaz d'un brûleur et brûleur mettant en oeuvre ce procédé Download PDF

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EP1635117A1
EP1635117A1 EP05291886A EP05291886A EP1635117A1 EP 1635117 A1 EP1635117 A1 EP 1635117A1 EP 05291886 A EP05291886 A EP 05291886A EP 05291886 A EP05291886 A EP 05291886A EP 1635117 A1 EP1635117 A1 EP 1635117A1
Authority
EP
European Patent Office
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air
gas
differential pressure
burner
pressure sensor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05291886A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Christophe Pechoux
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
A Theobald SA
Original Assignee
A Theobald SA
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Filing date
Publication date
Application filed by A Theobald SA filed Critical A Theobald SA
Publication of EP1635117A1 publication Critical patent/EP1635117A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/60—Devices for simultaneous control of gas and combustion air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
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    • F23N2235/16—Fuel valves variable flow or proportional valves
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    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2900/00—Special features of, or arrangements for controlling combustion
    • F23N2900/05181—Controlling air to fuel ratio by using a single differential pressure detector

Definitions

  • the present invention relates to the field of gas burners, and more precisely the burners comprising an active regulation device of the air / gas ratio.
  • the burner of the prior art comprises an air / gas mixer located upstream of the burner, an air duct containing a calibrated air diaphragm and connected to a first inlet of said air / gas mixer, a gas supply pipe. containing a calibrated gas diaphragm and connected to a second inlet of said air / gas mixer. It further comprises means for adjusting the flow rates of air and gases sent to said air / gas mixer arranged upstream of said calibrated air and gas diaphragms.
  • a differential pressure measuring device is connected to provide a measurement signal representative of at least one of the air flow parameters in the air line, the difference of the air and gas pressures in the air line. the air and gas lines and the gas flow in the gas line (38) so that the amount of gas sent to the air / gas mixer (36) is such that the air / gas ratio has a value predefined.
  • Each of the differential pressure measuring devices comprises a differential pressure sensor having first and second inlet ports respectively connected to first and second pressure taps, one of which comprises a calibrated orifice and an outlet which, in use, delivers a signal representative of a pressure difference between the first and second inlet ports of said two-way valve.
  • a first channel is connected to that of the first and second pressure taps in which is inserted said calibrated orifice of constriction between this calibrated orifice and the corresponding inlet of the sensor and a second channel is connected to the other of first and second pressure taps.
  • the calibrated orifice has a passage section much smaller than that of said two-way valve isolating from each other the two inlet ports, when in a first state, and places them in communication with each other. with each other, when in a second state.
  • the device of the prior art further comprises storage means connected to the output of each sensor for storing at least two values of the output signal of each sensor and a control unit connected to said two-way valve and the means of memory for switching said two-way valve and controlling storage of a first value of the sensor output signal when the two-way valve is in its first state, and storing a second value of the sensor output signal in said storage means when the two-way valve is in its second state. It further comprises means for calculating the difference between said first and second values of the sensor output signal said storage means and said difference calculating means forming a measurement circuit which outputs a measurement signal representing the exact value the difference of the pressures respectively applied to the first and second inlet ports of each sensor.
  • United States Patent US4645450 discloses a flow control system which optimally adjusts the air and fuel rate supplied to a burner in a plurality of operating modes including the entire burner heating range.
  • the system includes a pair of differential pressure sensors connected between the air line and the burner, and between the fuel line and the burner, as well as a pair of air and fuel valves, operated at the same time. electricity to adjust the air and fuel pressure for the burner.
  • the system further includes a microprocessor controller electrically connected to the pressure sensors and the air and fuel pressure control valves. Optimum air / fuel pressure ratios are empirically derived at each point in the burner heating range by connectable releasable flux meters, oxygen sensors, and thermoelectric couples. This information is stored in the memory of the microcomputer control device.
  • the use of a microcomputer control device in combination with a connectable and removable flowmeter and with a thermoelectric torque makes it possible to easily re-adapt the system to an existing burner without the need to install flowmeters to thin-walled diaphragm
  • Japanese patent application JP59212622 discloses a differential pressure measuring device for the regulation of the air / gas ratio, using a differential sensor.
  • the object of the present invention is to provide a burner comprising a simplified control device, with a single differential pressure sensor and no three-way valve, the calibration being performed by a processing of the information provided by the differential sensor and optionally by the temperature sensor of the heating body, thanks to an automatic calibration procedure.
  • the value of the temperature is provided by the temperature sensor of the heating body.
  • the value of the temperature is provided by the temperature sensor of the supply air or the flue gas temperature.
  • the reference differential pressure ⁇ P ref is equal to 100 pascals.
  • the method comprises a step of resetting the differential pressure sensor of opening an autozero valve placed on a conduit connecting the two inputs of the pressure sensor, to interrupt the supply of the fan motor and recording the value of the signal S 0 delivered by the differential pressure sensor, then closing the autozero valve and subtracting S 0 from the measurement.
  • the method comprises an ignition procedure comprising a step of passage of the engine regulation by the pressure sensor to a regulation of the engine with the tachometer, to a value N ref , a ignition step after the opening of the modulating gas valve and reading the differential pressure air / gas, and a step of controlling the gas modulating valve by a control algorithm which takes as input signal the sensor of differential air / gas pressure.
  • the air / gas pressure difference ⁇ P air / gas is regulated at a first predetermined value, for example 5 pascals during the ignition phase to facilitate ignition.
  • the air / gas pressure difference ⁇ P air / gas is regulated at a second predetermined value, for example Example 0 pascal after the ignition phase to obtain a good air / gas ratio.
  • the regulation of the fan motor speed as a function of the heating power is limited by N min (T) and N max (T) values, which are a function of the temperature T measured during the operation of the burner and the value is the value N ref before the ignition of the burner.
  • the invention also relates to a burner for a boiler, comprising a mixing chain fed by an air / gas mixture via a regulating device comprising a fan driven by a variable speed electric motor connected to the mixing chamber. via a duct having a calibrated diaphragm, and a pressurized fuel gas supply opening into said mixing chamber via a proportional valve and a calibrated diaphragm, characterized in that it comprises a single differential pressure sensor, connected on the one hand to the air supply duct, and on the other hand to the pressurized gas supply duct, upstream of the calibrated diaphragms, the burner further comprising a calculator for periodically determining and storing at least one parameter 1, k representative of the characteristics of the flue gas duct during steps calibration unit where said computer stores the rotational speed N ref of the fan motor for a reference differential pressure P ref measured by said differential pressure sensor, and calculates as a function of these parameters the values N min and N max corresponding to the limit respectively lower and upper speed of the motor.
  • FIG. 1 showing a schematic view of an example of a burner according to the invention.
  • This burner comprises a mixing chamber (1) in which opens an air supply duct (2) and a gas supply duct (3).
  • the air supply duct (2) comprises a diaphragm (21) forming a calibrated passage for the flow of air from a fan (22) driven by an electric motor (23).
  • the rotational speed of this motor (23) is regulated by a computer, and it comprises a speed sensor (24) delivering a signal operated by said computer.
  • the gas supply circuit includes a connection (33) to a pressurized gas inlet, controlled by a proportional valve (32).
  • a diaphragm (31) forming a calibrated passage for the gas flow.
  • a differential pressure sensor (10) is connected on the one hand to the air supply duct, upstream of the diaphragm (21), and on the other hand to the gas supply duct, upstream of the diaphragm (31). ).
  • a diaphragm (25) forms a calibrated passage between the sensor (10) and the air duct.
  • the diameter is 5/10 of millimeters.
  • the sensor (10) can be short-circuited by a conduit (11) connecting the two inputs of the sensor (10), this conduit comprising a valve (12) for activating or deactivating the connection of the two inputs of the pressure sensor differential.
  • the valve (12) has, by way of example, a diameter 10 times greater, 5 millimeters to that of the diaphragm (12).
  • a calibration of the differential pressure sensor (10) is carried out. For this, it stops the operation of the motor (23). The opening of the valve (12) is controlled, and the stabilization of the pressures in the duct (11) and in the sensor (10) is waited for a time of about one second.
  • the differential pressure across the sensor (11) is zero due to the connection of the two inputs.
  • the value of the signal delivered by the sensor (10) corresponding to the offset value E, that is to say the zero error indicated by the sensor (10), is then stored.
  • This calibration is carried out periodically, for example at each ignition of the burner, or only after a predetermined duration of use or inactivity.
  • the power terminals are given for the ⁇ P min air and ⁇ P max air.
  • the tachometer that will give the min terminal to the operating temperature ⁇ : N1 ⁇ , and the maximum terminal to the operating temperature ⁇ : N2 ⁇ .
  • the rotational speed of the fan motor will always be between N1 ⁇ and N2 ⁇ .
  • terminals N1 ⁇ and N2 ⁇ depend on the temperature and also on the length of the flue pipe on which the boiler is installed.
  • N100 mini short mini 0 ° mini 10 ° mini 80 ° 91 ° N1 leads N1 max N1 max ... N1 max ... N1 max 91 ° long 0 ° 10 ° 80 ° N2 leads N2 max N2 max ... N2 max ... N2 max 91 ° long 0 ° 10 ° 80 ° N100 leads N100 N100 ... N100 ... N100 long max 0 ° max 10 ° up to 80 ° up to 91 °
  • the degree of ownership of the boiler equipped with the unknown flue pipe is calculated for the "short duct" assembly and the "long duct” assembly.
  • the microcontroller continuously determines the temperature range and calculate N1 ⁇ and N2 ⁇ with the appropriate data from the "experimental data table".
  • NOT 1 ⁇ K * NOT 1 mini ⁇ + 1 * NOT two maxi ⁇
  • NOT two ⁇ K * NOT two mini ⁇ + 1 * NOT two maxi ⁇
  • the fan speed is regulated between N1 ⁇ and N2 ⁇ according to the needs of the temperature control.
  • AUTOZERO "IN FLIGHT" At regular intervals it is necessary to recalibrate the sensor zero during burner operation. the burner is on, we wait 10 minutes and go to the next step.
  • the autozero valve (12) is opened and the pressures are expected to stabilize 1s and proceed to the next step.
  • the selfzero valve (12) is then closed again and the controls of the motor and the autozero valve take over.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de régulation d'un brûleur de chaudière comprenant un capteur de pression différentielle (10) unique, raccordé d'une part à un conduit d'alimentation en air (2) d'une chambre de mélange (1), et d'autre part au conduit (3) d'alimentation en gaz sous pression de ladite chambre de mélange, en amont des diaphragmes calibrés (21,31) prévus sur lesdits conduits (2,3), caractérisé en ce qu'il comporte des séquences périodiques de calibrage consistant à:
  • mesurer la vitesse de rotation Nréf du moteur (23) du ventilateur (22) correspondant à une pression différentielle de référence ΔPréf mesurée par ledit capteur de pression différentielle (10), la vanne d'alimentation (32) en gaz étant fermée,
  • calculer et enregistrer au moins un paramètre 1, k représentatif des caractéristiques du conduit d'évacuation des fumées, ainsi que les valeurs Nmin et Nmax correspondant à la limite respectivement inférieure et supérieure de la vitesse de rotation du moteur (23).

Description

  • La présente invention concerne le domaine des brûleurs à gaz, et plus précisément les brûleurs comprenant un dispositif de régulation active du rapport air/gaz.
  • Le fonctionnement général d'un tel brûleur est décrit dans le brevet français FR2775782 concernant un dispositif pour la régulation active du rapport air/gaz d'un brûleur comprenant un dispositif de mesure de pression différentielle.
  • Le brûleur de l'art antérieur comprend un mélangeur air/gaz situé en amont du brûleur, une conduite d'air contenant un diaphragme calibré d'air et connectée à une première entrée dudit mélangeur air/gaz, une conduite d'alimentation en gaz contenant un diaphragme calibré de gaz et connectée à une seconde entrée dudit mélangeur air/gaz. I1 comprend par ailleurs des moyens de réglage des débits d'air et de gaz envoyés audit mélangeur air/gaz disposés en amont desdits diaphragmes calibrés d'air et de gaz.
  • Un dispositif de mesure de pression différentielle est branché de manière à délivrer un signal de mesure représentatif d'au moins un des paramètres que sont le débit d'air dans la conduite d'air, la différence des pressions d'air et de gaz dans les conduites d'air et de gaz et le débit de gaz dans la conduite de gaz (38) de manière à ce que la quantité de gaz envoyée au mélangeur air/gaz (36) soit telle que le rapport air/gaz ait une valeur prédéfinie. Chacun des dispositifs de mesure de pression différentielle comprend un capteur de pression différentielle ayant des premier et second orifices d'entrée raccordés respectivement à des première et seconde prises de pression dont l'une comprend un orifice calibré d'étranglement et une sortie qui, en service, délivre un signal représentatif d'une différence de pression entre les premier et second orifices d'entrée dudit capteur une vanne à deux voies. Une première voie est reliée à celle des première et seconde prises de pression dans laquelle est inséré ledit orifice calibré d'étranglement entre cet orifice calibré et l'orifice d'entrée correspondant du capteur et dont une seconde voie est reliée à l'autre des première et seconde prises de pression. L'orifice calibré présente une section de passage nettement plus petite que celle de ladite vanne à deux voies isolant l'un de l'autre les deux orifices d'entrée, lorsqu'elle est dans un premier état, et les met en communication l'un avec l'autre, lorsqu'elle est dans un second état.
  • Le dispositif de l'art antérieur comprend en outre des moyens de mémorisation reliés à la sortie de chaque capteur pour mémoriser au moins deux valeurs du signal de sortie de chaque capteur et une unité de commande reliée à ladite vanne à deux voies et aux moyens de mémorisation pour commuter ladite vanne à deux voies et commander la mémorisation d'une première valeur du signal de sortie du capteur quand la vanne à deux voies est dans son premier état, et la mémorisation d'une seconde valeur du signal de sortie du capteur dans lesdits moyens de mémorisation quand la vanne à deux voies est dans son second état. Il comprend encore des moyens pour calculer la différence entre lesdites première et seconde valeurs du signal de sortie du capteur lesdits moyens de mémorisation et ledit moyen de calcul de la différence formant un circuit de mesure qui délivre en sortie un signal de mesure représentant la valeur exacte de la différence des pressions respectivement appliquées aux premier et second orifices d'entrée de chaque capteur.
  • Un autre document de l'art antérieur, le brevet européen EP0644377B1 décrit un dispositif de régulation pour l'envoi de gaz et d'air de combustion à un brûleur d'une manière commandée par le besoin en chaleur d'un appareil d'utilisation, dans lequel
    • un signal de sortie, qui correspond au besoin en chaleur, d'un régulateur du besoin en chaleur commande l'envoi d'air de combustion ;
    • un dispositif de mesure de pression différentielle produit un signal de pression différentielle, qui est proportionnel au courant d'air de combustion, et l'envoie aux deux chambres à membrane d'un module de commande pneumatique ;
    • le signal de sortie pneumatique du module de commande charge la membrane d'une vanne principale d'envoi de gaz, qui est montée dans la canalisation d'amenée de gaz et est commandée par la membrane ;
    • la chambre de commande de la vanne principale d'envoi de gaz est raccordée d'une part par l'intermédiaire d'un premier étranglement à l'entrée de gaz de la vanne principale d'envoi de gaz et d'autre part à une vanne d'évacuation prévue dans le module de commande et dont le corps de fermeture est porté par la membrane du module de commande ;
    • la chambre de pression du module de commande est raccordée au côté haute pression du dispositif de mesure de pression différentielle
    • la chambre d'évacuation du module de commande est raccordée d'une part par l'intermédiaire d'un second étranglement à la sortie de la vanne principale d'envoi de gaz et d'autre part, par l'intermédiaire d'un troisième étranglement, au côté basse pression du dispositif de mesure de pression différentielle.
  • Le brevet américain US4645450 décrit un système de réglage de débit qui permet de régler de façon optimale le débit d'air et de combustible fournis à un brûleur dans une pluralité de modes de fonctionnement comprenant toute la plage de chauffage du brûleur. Le système comprend une paire de senseurs de pression différentielle connectés entre la conduite d'air et le brûleur, et entre la conduite de combustible et le brûleur, de même qu'une paire de soupapes d'air et de combustible, actionnée à l'électricité pour régler la pression de l'air et du combustible destinés au brûleur. Le système comprend en outre un dispositif de commande par microprocesseur électriquement connecté aux senseurs de pression et aux soupapes de réglage de la pression d'air et de combustible. Des rapports optimaux de pression air/combustible sont empiriquement dérivés à chaque point de la plage de chauffage du brûleur par des fluxmètres amovibles connectables, des détecteurs d'oxygène et des couples thermo-électriques. Ces informations sont enregistrées dans la mémoire du dispositif de commande par micro-ordinateur. L'utilisation d'un dispositif de commande par micro-ordinateur en association avec un fluxmètre connectable et amovible et avec un couple thermo-électrique permet de réadapter aisément le système à un brûleur existant sans qu'il soit nécessaire d'installer des fluxmètres à diaphragme à paroi mince
  • La demande de brevet japonais JP59212622 décrit un dispositif de mesure de pression différentielle pour la régulation du rapport air/gaz, mettant en oeuvre un capteur différentiel.
  • Les différentes solutions de l'art antérieur mettent en oeuvre des composants coûteux, tels que plusieurs capteurs de pression ou des vannes trois voies.
  • Les capteurs de pression différentielle bon marché présentent souvent une dérive thermique et une dérive à long terme. A cause de ces dérives, la valeur du signal de sortie du capteur différentiel n'est pas toujours nulle lorsque les pressions appliquées aux orifices d'entrée sont égales et les mesures sont donc faussées.
  • Le but de la présente invention est de proposer un brûleur comprenant un dispositif de régulation simplifié, avec un seul capteur de pression différentiel et aucune vanne à trois voies, la calibration étant réalisée par un traitement des informations fournies par ce capteur différentiel et optionnellement par le capteur de température du corps de chauffe, grâce à une procédure automatique de calibrage.
  • À cet effet, l'invention concerne, selon son mode de mise en oeuvre le plus général, un procédé de régulation d'un brûleur de chaudière comprenant un capteur de pression différentiel unique, raccordé d'une part à un conduit d'alimentation en air d'une chambre de mélange, et d'autre part au conduit d'alimentation en gaz sous pression de ladite chambre de mélange, en amont des diaphragmes calibrés prévus sur lesdits conduits, caractérisé en ce qu'il comporte des séquences périodiques de calibrage consistant à :
    • mesurer la vitesse de rotation Nréf du moteur du ventilateur correspondant une pression différentielle de référence ΔPréf mesurée par ledit capteur de pression différentiel, la vanne d'alimentation en gaz étant fermée
    • calculer et enregistrer au moins un paramètre 1, k représentatif des caractéristiques du conduit d'évacuation des fumées, ainsi que les valeurs Nmin et Nmax correspondant à la limite respectivement inférieure et supérieure de la vitesse de rotation du moteur.
  • Selon une première variante, la valeur de la température est fournie par le capteur de température du corps de chauffe.
  • Selon une deuxième variante, la valeur de la température est fournie par le capteur de température de l'air d'alimentation ou de la température des fumées.
  • Selon un mode de mise en oeuvre particulier, la pression différentielle de référence ΔPréf est égale à 100 pascals.
  • Selon un mode de réalisation préféré, le procédé comporte une étape de recalage du capteur de pression différentielle consistant à ouvrir une vanne d'autozéro placée sur un conduit reliant les deux entrées du capteur de pression, à interrompre l'alimentation du moteur du ventilateur et à enregistrer la valeur du signal S0 délivrée par le capteur de pression différentielle, puis à refermer la vanne d'autozéro et à soustraire S0 à la mesure.
  • Selon un mode de mise en oeuvre préféré, le procédé comporte une procédure d'allumage comportant une étape de passage de la régulation du moteur par le capteur de pression vers une régulation du moteur avec le compte-tours, à une valeur Nréf, une étape d'allumage après l'ouverture de la vanne modulante de gaz et de lecture de la pression différentielle air/gaz, et une étape de commande de la vanne modulante gaz par un algorithme de régulation qui prend comme signal d'entrée le capteur de pression différentielle air/gaz.
  • Selon un exemple de mise en oeuvre, on régule la différence de pression air/gaz ΔP air/gaz à une première valeur prédéterminée par exemple 5 pascals pendant la phase d'allumage pour faciliter l'allumage.
  • Avantageusement, on régule la différence de pression air/gaz ΔP air/gaz à une deuxième valeur prédéterminée, par exemple 0 pascal après la phase d'allumage pour obtenir un bon rapport air/gaz.
  • Selon une variante préférée, la régulation de la vitesse du moteur du ventilateur en fonction de la puissance de chauffe est bornée par des valeurs Nmin(T) et Nmax(T) fonction de la température T mesurée pendant le fonctionnement du brûleur et de la valeur la valeur Nréf avant l'allumage du brûleur.
  • L'invention concerne également un brûleur pour chaudière, comprenant une chaîne de mélange alimentée par un mélange air/gaz par l'intermédiaire d'un dispositif de régulation comprenant un ventilateur entraîné par un moteur électrique à vitesse variable, relié à la chambre de mélange par l'intermédiaire d'un conduit présentant un diaphragme calibré, et une alimentation en gaz combustible sous pression débouchant dans ladite chambre de mélange par l'intermédiaire d'une vanne proportionnelle et d'un diaphragme calibré, caractérisé en ce que qu'il comporte un capteur de pression différentiel unique, raccordé d'une part au conduit d'alimentation en air, et d'autre part au conduit d'alimentation en gaz sous pression, en amont des diaphragmes calibrés, le brûleur comportant en outre un calculateur pour déterminer et mémoriser périodiquement au moins un paramètre 1, k représentatif des caractéristiques du conduit d'évacuation des fumées pendant des étapes de calibration où ledit calculateur enregistre la vitesse de rotation Nréf du moteur du ventilateur pour une pression différentielle de référence Préf mesurée par ledit capteur de pression différentiel, et calcule en fonction de ces paramètres les valeurs Nmin et Nmax correspondant à la limite respectivement inférieure et supérieure de la vitesse de rotation du moteur.
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, se référant au dessin annexé (figure 1) représentant une vue schématique d'un exemple d'un brûleur selon l'invention.
  • Ce brûleur comprend une chambre de mélange (1) dans lequel débouche un conduit d'alimentation en air (2) et un conduit d'alimentation en gaz (3).
  • Le conduit d'alimentation en air (2) comprend un diaphragme (21) formant un passage calibré pour le flux d'air provenant d'un ventilateur (22) entraîné par un moteur électrique (23). La vitesse de rotation de ce moteur (23) est régulée par un calculateur, et il comporte un capteur de vitesse (24) délivrant un signal exploité par ledit calculateur.
  • Le circuit d'alimentation en gaz comprend un raccordement (33) à une arrivée de gaz sous pression, commandée par une vanne proportionnelle (32). Un diaphragme (31) formant un passage calibré pour le flux de gaz.
  • Un capteur de pression différentielle (10) est relié d'une part au conduit d'arrivée d'air, en amont du diaphragme (21), et d'autre part au conduit d'arrivée de gaz, en amont du diaphragme (31).
  • Un diaphragme (25) forme un passage calibré entre le capteur (10) et le conduit d'air.A titre d'exemple, le diamètre est de 5/10 de millimètres.
  • Le capteur (10) peut être court-circuité par un conduit (11) reliant les deux entrées du capteur (10), ce conduit comportant une vanne (12) permettant d'activer ou de désactiver le raccordement des deux entrées du capteur de pression différentielle. La vanne (12) présente, à titre d'exemple, un diamètre 10 fois supérieur, soit 5 millimètres à celui du diaphragme (12).
  • Le fonctionnement du brûleur est explicité dans ce qui suit.
  • Dans un premier temps, on procède à un étalonnage du capteur de pression différentielle (10). Pour cela, on arrête le fonctionnement du moteur (23). On commande l'ouverture de la vanne (12), et on attend pendant un temps d'environ une seconde la stabilisation des pressions dans le conduit (11) ainsi que dans le capteur (10).
  • La pression différentielle aux bornes du capteur (11) est nulle, du fait du raccordement des deux entrées. On mémorise alors la valeur du signal délivré par le capteur (10), correspondant à la valeur d'offset E, c'est-à-dire l'erreur à zéro indiquée par le capteur (10).
  • Cette valeur d'offset E permet de corriger la valeur délivrée par le capteur (10) :
    Désormais ΔP = ΔP mesurée - E
    Figure imgb0001
    • ΔPmesurée = pression différentielle lue par le capteur
    • ΔP = pression sans l'erreur du capteur
  • Après cette opération d'étalonnage, on referme la vanne (12).
  • Cet étalonnage est réalisé périodiquement, par exemple à chaque allumage du brûleur, ou seulement après une durée d'utilisation ou d'inactivité prédéterminée.
    • REGULATION DU DEBIT D'ALLUMAGE ET MESURE DU CONDUIT D'EVACUATION DES FUMEES
  • Le procédé selon l'invention prévoit l'adaptation automatique des paramètres de fonctionnement aux caractéristiques du conduit d'évacuation des fumées. Ce paramétrage est réalisé périodiquement. Il comporte les étapes suivantes :
    • la vanne gaz proportionnelle (32) n'est pas commandée et la vanne autozéro (12) est fermée.
    • le capteur de pression différentielle mesure la perte de charge de l'opercule d'air. Ce signal est représentatif du débit d'air à la température ambiante θ (ΔP = K Q2 où K est un coefficient dépendant de la géométrie de l'opercule et où Q est le débit d'air).
    • le ventilateur est commandé :
  • On régule ΔPair = 100 pascals
    Lorsque ΔPair = 100  p ± 2 p ,
    Figure imgb0002
    • on note la valeur du compte-tours moteur qui permet d'atteindre 100 Pa : N1000, et on enregistre la température du corps de chauffe : θ qui est représentative de la température de l'air.
  • Alternativement, on pourrait mesurer directement la température de l'air, mais cela nécessiterait un capteur supplémentaire.
    • ALLUMAGE DU BRULEUR :
    • on arrête la régulation du moteur (23) avec le capteur de pression (10) et on enchaîne directement avec une régulation du moteur avec le compte-tours : on régule le moteur à N100. Il n'y a donc aucune variation sur la vitesse du moteur ni sur la pression différentielle du débit d'air. On attend une stabilisation de l'algorithme de régulation avant de passer à l'étape suivante.
    • on permet l'ouverture de la vanne de gaz (32) en même temps que l'on commande le dispositif d'allumage (par exemple un allumage par étincelle). Le capteur de pression fait maintenant une lecture de la pression différentielle air/gaz.
    • la vanne modulante gaz est commandée par un algorithme de régulation qui prend comme signal d'entrée le capteur de pression différentielle air/gaz. Dans notre application il régule ΔP air/gaz = 5 pascals pour faciliter l'allumage (effet « starter »). On attend 5 secondes que l'allumage soit terminé et que la flamme soit stabilisée et on passe à l'étape suivante.
    • on régule ΔP air/gaz = 0
    VARIATION DE LA PUISSANCE
  • Il est important de faire varier la puissance entre des bornes précises déterminant la puissance mini et la puissance maxi. En dehors de ces bornes, la bonne hygiène de combustion ne pourrait plus être garantie. Dans le cas d'un système à 2 capteurs, les bornes de puissance sont données pour la ΔP air mini et la ΔP air maxi. Dans le cas du système mono-capteur, c'est le compte-tours qui va donner la borne mini à la température de fonctionnement θ : N1 θ, et la borne maxi à la température de fonctionnement θ : N2 θ.
  • À la température θ, la vitesse de rotation du moteur du ventilateur sera toujours comprise entre N1 θ et N2 θ.
  • Ces bornes N1 θ et N2 θ dépendent de la température et aussi de la longueur du conduit de cheminée sur laquelle la chaudière est installée.
  • On a fait des mesures des bornes en laboratoire sur les conduits de fumées les plus courts possible et les conduits de fumées les plus longs possible dans toutes les conditions de température que l'on rencontrera lors du fonctionnement. Ces données expérimentales sont rentrées dans un tableau : TABLEAU DES DONNEES EXPERIMENTALES
    0 ≤ 0 1 à 10 11 à 20 71 à 80 81 à 90 ≥ 91
    N1 conduit N1 mini N1 mini N1 mini N1 mini N1 mini N1 mini
    court 0° 10° 20° 80° 90° 91°
    N2 conduit N2 mini N2 mini N2 mini N2 mini N2 mini N2 mini
    court 0° 10° 20° 80° 90° 91°
    N100 conduit N100 N100 ... N100 ... N100 mini
    court mini 0° mini 10° mini 80° 91°
    N1 conduit N1 maxi N1 maxi ... N1 maxi ... N1 maxi91°
    long 0° 10° 80°
    N2 conduit N2 maxi N2 maxi ... N2 maxi ... N2 maxi91°
    long 0° 10° 80°
    N100 conduit N100 N100 ... N100 ... N100
    long maxi 0° maxi 10° maxi 80° maxi 91°
  • Détermination de la tranche de température
  • Le microcontrôleur ayant mesuré θ, calcule à qu'elle tranche de température du tableau la mesure se situe :
    par exemple : θ = 75°
  • La tranche de température est « 71 à 80 ». Dans le calcul de 1 et de K, on utilisera :
    N100 mini 80 et N100 maxi 80
    • calcul de 1 et K
  • On calcule le degré d'appartenance de la chaudière équipée du conduit d'évacuation des fumées inconnues à l'ensemble « conduit court » et à l'ensemble « conduit long ».
  • Ayant mesuré θ et N100 θ le « tableau des données expérimentales » étant en mémoire, le microcontrôleur calcule : 1 et K : 1 = ( N 100  θ - N 100  mini θ ) / ( N 100  maxi θ - N 100  mini θ )
    Figure imgb0003
     K = ( N 100  maxi θ - N 100  θ ) / ( N 100  maxi θ -  N 100  mini θ )
    Figure imgb0004
  • Le degré d'appartenance 1 et K sont indépendants de la température. Le calcul de K et 1 est fait pour chaque démarrage de brûleur et les résultats du calcul sont conservés jusqu'à l'arrêt du brûleur.
    • calcul des limites de modulation N1 θ et N2 θ :
  • Durant l'allumage du brûleur, le microcontrôleur détermine en permanence la tranche de température et calcule N1 θ et N2 θ avec les données appropriées du « tableau des données expérimentales ». N 1  θ = K * N 1  mini θ + 1 * N 2  maxi θ
    Figure imgb0005
     N 2  θ = K * N 2  mini θ + 1 * N 2  maxi θ
    Figure imgb0006
  • Jusqu'à l'arrêt du brûleur, on mesure θ et à chaque changement de tranches de température, on recalcule N1 θ et N2 θ.
  • La vitesse du ventilateur est régulée entre N1 θ et N2 θ en fonction des besoins de la régulation de température.
    AUTOZERO « EN VOL »
    À intervalles réguliers, il est nécessaire de ré étalonner le zéro du capteur durant le fonctionnement du brûleur.
    le brûleur étant allumé, on attend 10mn et on passe à l'étape suivante.
  • On bloque la commande du ventilateur et la commande de la vanne modulante gaz ; on attend une seconde que le système se stabilise et on passe à l'étape suivante.
  • On ouvre la vanne autozéro (12) et on attend que les pressions se stabilisent 1s et on passe à l'étape suivante.
  • On referme ensuite la vanne autozéro (12) et les régulations du moteur et de la vanne autozéro reprennent la main.

Claims (11)

  1. Procédé de régulation d'un brûleur de chaudière comprenant un capteur de pression différentielle (10) unique, raccordé d'une part à un conduit d'alimentation en air (2) d'une chambre de mélange (1), et d'autre part au conduit (3) d'alimentation en gaz sous pression de ladite chambre de mélange, en amont des diaphragmes calibrés (21, 31) prévus sur lesdits conduits (2, 3), caractérisé en ce qu'il comporte des séquences périodiques de calibrage consistant à :
    - mesurer la vitesse de rotation Nréf du moteur (24) du ventilateur (23) correspondant à une pression différentielle de référence ΔPréf mesurée par ledit capteur de pression différentielle (10), la vanne d'alimentation (32) en gaz étant fermée,
    - calculer et enregistrer au moins un paramètre 1, k représentatif des caractéristiques du conduit d'évacuation des fumées, ainsi que les valeurs Nmin et Nmax correspondant à la limite respectivement inférieure et supérieure de la vitesse de rotation du moteur (23).
  2. Procédé de régulation d'un brûleur de chaudière selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la régulation de la vitesse du moteur du ventilateur en fonction de la puissance de chauffe est bornée par des valeurs Nmin(T) et Nmax(T) fonction de la température T mesurée pendant le fonctionnement du brûleur et de la valeur Nréf mesurée avant l'allumage du brûleur.
  3. Procédé de régulation d'un brûleur de chaudière selon la revendication 2, caractérisé en ce que la valeur de la température est fournie par le capteur de température du corps de chauffe.
  4. Procédé de régulation d'un brûleur de chaudière selon la revendication 2, caractérisé en ce que la valeur de la température est fournie par le capteur de température de l'air d'alimentation.
  5. Procédé de régulation d'un brûleur de chaudière selon la revendication 2, caractérisé en ce que la valeur de la température est fournie par le capteur de température des fumées.
  6. Procédé de régulation d'un brûleur de chaudière selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression différentielle de référence ΔPréf est égale à 100 pascals.
  7. Procédé de régulation d'un brûleur de chaudière selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de recalage du capteur de pression différentielle consistant à ouvrir une vanne d'autozéro placée sur un conduit reliant les deux entrées du capteur de pression et à enregistrer la valeur du signal S0 délivrée par le capteur de pression différentielle, puis à refermer la vanne d'autozéro, et à soustraire S0 de la mesure.
  8. Procédé de régulation d'un brûleur de chaudière selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une procédure d'allumage comportant une étape de passage de la régulation du moteur par le capteur de pression vers une régulation du moteur avec le compte-tours, à une valeur Nréf, une étape d'allumage après l'ouverture de la vanne modulante de gaz et de lecture de la pression différentielle air/gaz, et une étape de commande de la vanne modulante gaz par un algorithme de régulation qui prend comme signal d'entrée le capteur de pression différentielle air/gaz.
  9. Procédé de régulation d'un brûleur de chaudière selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on régule la différence de pression air/gaz ΔP air/gaz à une première valeur prédéterminée pendant la phase d'allumage pour faciliter l'allumage.
  10. Procédé de régulation d'un brûleur de chaudière selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on régule la différence de pression air/gaz ΔP air/gaz à une deuxième valeur prédéterminée après la phase d'allumage pour faciliter un bon rapport air/gaz.
  11. Brûleur pour chaudière, comprenant une chambre de mélange alimentée par un mélange air/gaz par l'intermédiaire d'un dispositif de régulation comprenant un ventilateur entraîné par un moteur électrique à vitesse variable, relié à la chambre de mélange par l'intermédiaire d'un conduit présentant un diaphragme calibré, et un alimentation en gaz combustible sous pression débouchant dans ladite chambre de mélange par l'intermédiaire d'une vanne proportionnelle et d'un diaphragme calibré, caractérisé en ce que qu'il comporte un capteur de pression différentiel unique, raccordé d'une part au conduit d'alimentation en air, et d'autre part au conduit d'alimentation en gaz sous pression, en amont des diaphragmes calibrés, le brûleur comportant en outre un calculateur pour déterminer et mémoriser périodiquement au moins un paramètre 1, k représentatif des caractéristiques du conduit d'évacuation des fumées pendant des étapes de calibration où ledit calculateur enregistre la vitesse de rotation Nréf du moteur du ventilateur pour une pression différentielle de référence Préf mesurée par ledit capteur de pression différentiel, et calcule en fonction de ces paramètres les valeurs Nmin et Nmax correspondant à la limite respectivement inférieure et supérieure de la vitesse de rotation du moteur.
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