Спосіб контролю і керування горінням в пальнику пристрою, що працює на газоподібному паливі, і система керування горінням, яка працює відповідно до згаданого способу

Реферат: Cпосіб контролю і керування горінням в пальнику (1) пристрою, що працює на газоподібному паливі, типу, що містить датчик (8) з електродом (Е1), розташованим в полум'ї або поруч з ним і виконаним з можливістю вимірювання від генератора напруги, а також з'єднаним з електронною схемою, виконаною з можливістю вимірювання результуючого потенціалу на цьому електроді (E1). Спосіб містить першу фазу одержання і обробки даних з експериментальних умов і другу фазу оцінки необхідної характеристики горіння при фактичних робочих умовах пальника. На першій фазі попередньо вибирають множину експериментальних умов горіння для пальника (1), подають на пальник при кожній із згаданих умов потужність (P1, P2, …, Рn) і додатковий значущий параметр характеристик (K1, K2, …, Km) горіння. При кожній з експериментальних умов подають на згаданий електрод (Е1) сигнал електричної напруги і виконують вибірку сигналу відгуку, розраховуючи на основі послідовності вибіркових значень характеристичні параметри форми хвилі сигналу для кожної з експериментальних умов, для розрахунку функції кореляції на основі одержаних експериментальних даних, здатних однозначно скорелювати потужність і додатковий значущий параметр горіння. UA 114732 C2 (12) UA 114732 C2 UA 114732 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Галузь техніки, до якої належить винахід Даний винахід стосується способу контролю і керування горінням в пальниках, які працюють на основі газоподібного палива, для таких пристроїв, як бойлери, циліндричні бакиакумулятори гарячої води, каміни і т. п. із згаданими у ввідній частині основного пункту формули винаходу характеристиками. Він також стосується системи керування горінням, яка працює відповідно до згаданого способу. Рівень техніки У посилальній технічній частині відомо, що для підтримки ефективного горіння необхідно, щоб співвідношення між кількістю повітря і кількістю газоподібного палива, що вводиться в пальник, підтримувалося близько заданого оптимального значення, яке залежить, головним чином, від типу використовуваного газу і, загалом, також може залежати від значення потужності, що віддається пальником, тобто від витрати газу. Таким чином, повноцінювальний процес горіння може бути здійснений і підтриманий протягом часу без надмірних втрат енергії у вигляді димів, при мінімізації виділення забруднюючих газів і відповідно до законодавства за викидами забруднюючих речовин в різних країнах. Для вирішення цієї задачі, підтримки оптимального співвідношення повітря/газ, в посилальній технічній частині були розроблені різні пристрої і способи. У конкретному об'ємі винаходу відомі способи контролю і керування горінням на основі аналізу полум'я і, зокрема, аналізу іонізації газу в зоні горіння полум'я. Звичайні способи передбачають використання електрода, який вміщують в зоні полум'я або поруч з нею і з'єднують з електричною схемою, яка подає постійну або змінну напругу на електрод і вимірює струм, який проходить через згаданий електрод. Один або більше параметрів, які стосуються горіння, оцінюють за допомогою систем обробки і аналізу сигналу струму. Системи обробки включають в себе відомі способи аналізу спектра частот сигналу, і цей аналіз здатний виявляти спектри частот або варіацій таких, які позначають нестабільність полум'я або неоптимальне горіння, на основі якого передбачені системи корекції горіння для того, щоб повернути останнє до бажаних умов. Обмеження відомих способів, які виявляються, стосуються, в основному, надійності результатів аналізів частотного спектра і їх кореляції з процесом горіння. Обмеження також можуть стикатися з можливим спрацюванням і старінням електрода для прийому сигналу в датчику іонізації, з подальшими впливами на надійність і точність аналізованих по алгоритмах обробки частотного спектра даних. Згадані вище обмеження також посилюються, якщо керування горінням повинно виконуватися в пальниках модулюючого типу, в яких оптимальні умови горіння шукають шляхом зміни необхідної потужності в межах діапазону між мінімальною потужністю і максимальною допустимою для пальника потужністю. Також відомо, що об'ємне співвідношення між витратою газу і витратою повітря, відповідною правильному горінню, також залежить від типу газу. Отже, кожен ряд газоподібного палива корелюється з відповідними конкретними кривими регулювання (які, наприклад, корелюють витрату газу з витратою повітря). Одна з проблем відомих систем для керованого горіння полягає у виявленні сімейства газів і співвіднесення оптимальних кривих регулювання. Опис винаходу Задача, на яку направлений даний винахід, полягає у виробленні способу контролю і керування горінням в пальнику працюючого на газоподібному паливі пристрою, а також системи керування горінням, що працює відповідно до згаданого способу, які конструктивно і функціонально виконані з можливістю подолання обмежень, викладених вище з посиланням на протиставлений попередній рівень техніки. Одна задача винаходу полягає в тому, щоб зробити доступним спосіб керування і систему, які здатні гарантувати оптимальне горіння в межах діапазону витрат (і для різних типів газу), тобто потужності, для яких призначений розмір пальника, гарантують надійні і повторювані результати, коли аналізовані сигнали скорельовані з процесом горіння. Інша задача винаходу полягає в пропозиції способу керування і системи, яка є простою для керування і служить відмітною ознакою, як під час встановлення, так і при використанні пальника пристрою. Ці задачі виконуються за допомогою даного винаходу за допомогою способу і системи керування горінням в пальнику працюючого на газоподібному паливі пристрою, реалізованих відповідно до формули винаходу, яка надається. Короткий опис креслень 1 UA 114732 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Особливості і переваги винаходу будуть очевидніші з докладного опису його переважного варіанта втілення, показаного не обмежувально і для інформації з посиланням на прикладені креслення, на яких: - Фіг. 1 - схематичний вигляд пальника пристрою, забезпеченого системою керування горінням, що працює згідно зі способом контролю і керування горінням згідно з винаходом, - Фіг. 2 - графік, що показує криві кореляції між робочими параметрами вентилятора і модулюючим газовим клапаном пристрою пальника, що реалізовує спосіб керування горінням за винаходом. Переважні варіанти втілення винаходу Звернемося спочатку до фіг. 1, на якій позицією 1 позначений загалом пальник, в якому передбачена система керування горінням, виконана так, щоб працювати згідно зі способом контролю і керування горінням за даним винаходом. Пальник 1 змонтований в пристрої (не показаний), призначеному для виробництва гарячої води для побутових цілей і/або який пов'язаний з системою обігрівання приміщення способом, відомим самим по собі і не показаним на кресленнях. Пальник 1 містить камеру 2 згоряння, в яку підведені перший 3 і другий 4 канали, виконані так, щоб вводити в камеру 2 згоряння відповідно потік повітря і потік газоподібного палива. Переважно, другий канал 4 входить в перший канал 3 вище по потоку газів відносно камери 2 згоряння (пальник з попереднім змішуванням). На ділянці змішування повітря-газу передбачений вентилятор 5 із змінною швидкістю обертання. Позиція 6 позначає вміщений в газовому каналі 4 модулюючий клапан для керування витратою газу, що вводиться в пальник. Камера 2 згоряння з’єднана нижче по потоку з димарем 7, через який відбувається викид відпрацьованих газів, що одержуються в результаті горіння. Позиція 8 означає датчик контролю горіння, описаний детальніше нижче, який з’єднаний з приладом 9 керування, забезпеченим електронною схемою, призначеною для керування пальником згідно зі способом за даним винаходом, як показано нижче. Прилад керування додатково функціонально з’єднаний як з вентилятором 5, так і з модулюючим клапаном 6 для того, щоб керувати цими елементами. Датчик 8 розташований поруч з полум’ям пальника, при цьому пальник виконаний з можливістю одержання живлення від генератора напруги і також з’єднаний з електронною схемою, виконаною з можливістю вимірювання результуючого потенціалу на датчику. В одному варіанті втілення передбачений датчик 8, що містить два електроди, позначені як E1, E2, які вміщені всередині або поруч з полум’ям. Як альтернатива, технічне забезпечення виконане для використання єдиного електрода, на який подають сигнал напруги, а після відключення згаданого сигналу, негайно одержують сигнал відгуку за допомогою серії вибірок останнього. З того, що відомо з фізики плазми, яка утворюється в процесах горіння, якщо зовні в плазму вводять заряд, електричне поле, що проводиться згаданим зарядом, приводить до руху складаючих плазму зарядів; цей рух збільшується лінійно із збільшенням ввідного зовнішнього заряду. Однак, існує значення електричного поля, за межами якого потік заряджених частинок додатково не збільшується (насичення). Рух значно змінюється щодо електронів й іонів: електрони, будучи багато легше і менше, рухаються набагато швидше і піддаються набагато менше зіткненням вздовж їх шляху. Це означає, що вищезазначене явище насичення набагато раніше виникає у випадку позитивних іонів, в той час як для електронів воно трапляється пізніше. Внаслідок зміщення заряджених частинок макроскопічний ефект, що генерується введеним зовнішнім зарядом, являє собою зміну електричного поля плазми. Це електричне поле поширюється навколо частинки на відстані близько «Дебаївської довжини». У зв'язку з вищезазначеним, воно більше для електронів, тобто коли введений заряд є позитивним. На відміну від цього, воно буде багато меншим для позитивних іонів, відповідаючи випадку, коли введений заряд є негативним. Повертаючись до способу за винаходом, на електрод E1 подають електричний сигнал, що має дану форму хвилі з плином часу; цей потенціал еквівалентний збурювальному заряду, згаданому раніше в описі. Електрод E2 розташований на придатній відстані і приймає значення потенціалу, визначеного рухом зарядів плазми, викликаних E1, і відповідно до динаміки, описаної вище. Цей потенціал вимірюють за допомогою електронного ланцюга і обробляють, як описано нижче. Основна концепція способу винаходу, отже, полягає в тому, що результуючу форму хвилі на електроді E2 однозначно визначають за рахунок складу суміші окислювального агента і палива перед горінням. Важливо знати цей склад для того, щоб мати можливість прогнозувати будь-які основні ефекти горіння, такі як кількість CO2 і CO, що виробляється, і одержуваної теплової 2 UA 114732 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 енергії. Таким чином, крім іншого, можна компенсувати впливи інших газів, крім номінальних газів, позначених в ланці у вигляді G20 і G31. Тому, якщо ми знаємо співвідношення повітря/паливо (повітряне число іншим чином позначене як «»), можна одержати систему керування горінням для пристрою газового пальника. Спосіб за винаходом, по суті, містить дві макроопераційні фази, першу фазу, позначену як F, одержання і обробки даних з експериментальних умов, і другу фазу, позначену як Н, направлену на оцінку повітряного числа  або кількості CO2 і CO, що виробляються, або генерованої теплової енергії, при фактичних робочих умовах пальника. У свою чергу, обидві ці фази містять послідовність робочих етапів, які детальніше описані нижче. Наступний опис встановлює етапи, які стосуються оцінки повітряного числа , але вони можуть застосовуватися таким же шляхом для інших параметрів, корелюючих з горінням. Нижче цей значущий параметр характеристик горіння також буде позначений, в ширшому значенні, як К, і він, в доповнення до потужності Р пальника, може бути вибраний, наприклад, у вигляді повітряного числа  або у вигляді концентрації (в % або мільйонних частках) CO 2 і CO, що випускаються в процесі горіння, при цьому потрібно розуміти, що додаткові значущі параметри горіння також можуть бути попередньо вибрані як альтернатива. Перший робочий етап фази F, показаний як F1, передбачає виявлення множини (1, 2, …, n) експериментальних умов горіння в пальнику, при кожному з яких відповідна потужність Р (P1, P2, …, Pn) встановлена на числі n рівнів, і для кожної потужності встановлене значення повітряного числа (1, 2, m), вибране на числі m рівнів, при цьому повітряне число m виражає співвідношення між кількістю повітря в процесі горіння і кількістю повітря для стехіометричного горіння, кожний рівень n потужності співвідноситься з відповідними рівнями m повітряного числа, при цьому кожна експериментальна умова додатково повторюється задану кількість r разів. Іншими словами, одержують решітку (m*n) пар значень Р, , в якій для кожної пари значень умова повторюється r разів. Як альтернатива, при кожній експериментальній умові може бути встановлена потужність Р (P1, P2, …, Pn) і для кожної потужності встановлюється концентрація CO 2 і/або CO (%1, %2, …, %n). У цьому випадку кожна експериментальна умова також повторюється задану кількість (r) разів. Другий, подальший робочий етап, показаний як F2, передбачає подачу електричного сигналу на електрод E1 при кожній із згаданих (n*m*r) експериментальних умов (Pi, j або Рi, %j).) Нижче буде зроблене посилання на вибір експериментальних умов зі встановленою потужністю і повітряним числом, при цьому потрібно розуміти, що спосіб може застосовуватися аналогічно при альтернативному виборі експериментальних умов зі встановленою потужністю і концентрацією CO2 (і/або CO). На третьому етапі F3 на електроді E2 одержують вибірку результуючого сигналу, розраховують відповідні характеристичні параметри форми хвилі сигналу для кожної з вищезазначених експериментальних умов. Термін «вибірка», детальніше, означає серію вибірок сигналу відгуку, виміряного на електроді, в якому аналогове/цифрове перетворення напруги, виміряної на електроді, одержують на рівних інтервалах і протягом певної тривалості. Додатковий, подальший робочий етап, показаний як F4, передбачає розрахунок функції кореляції на основі одержаних експериментальних даних, здатних однозначно скорелювати потужність Р, повітряне число  і характеристичні параметри форми хвилі сигналу на електроді E2 в процесі горіння пальника. Характеристичні параметри форми хвилі переважно одержують за допомогою методів гармонічного аналізу сигналу напруги, вибірку якої одержують за допомогою застосування функціонального перетворення. Приклади можливих виборів функціонального перетворення являють собою перетворення Хартлі або перетворення Фур’є. Крім того, функцію кореляції, яка дозволяє скорелювати характеристичні параметри виміряної форми хвилі з повітряним числом  і потужністю Р, одержують шляхом застосування методів регресійного аналізу. Іншими словами, механізм, що дозволяє скорелювати форму хвилі на електроді E2 з повітряним числом , являє собою тип «зіставлення із зразком» і реалізовується застосуванням методів регресійного аналізу. В одному варіанті втілення, на фазі F2, сигнал напруги з періодичною формою хвилі, такою як синусоїдальна форма хвилі, подають на електрод E1 при постійній амплітуді М і заданій частоті f. 3 UA 114732 C2 5 10 15 20 25 У переважному варіанті втілення використовують єдиний електрод E1, а вищезазначені робочі етапи F2 і F3 виконують в безпосередній послідовності на одному і тому ж єдиному електроді. Іншими словами, сигнал електричної напруги подають на електрод, а після відключення прикладеного сигналу виконують серію вибірок результуючого сигналу відгуку на електроді. Застосовують дискретне перетворення Фур’є (DFT) для форми хвилі сигналу, вибірка якого одержана на електроді E2, на частоті форми хвилі електрода E1 і на її подальших гармоніках, одержуючи амплітуду М і фазу Ф для згаданих частот. Ця операція виконується для кожної з вищезазначених експериментальних умов, відповідних попередньо вибраним потужностям (P1, P2, …, Pn), і для кожної з них при значеннях повітряного числа (1, 2, …, m) виконують задану кількість (r) повторень для кожної із згаданих умов, із загальною кількістю спостережень, що дорівнює n*m*r. У цей момент передбачене наступне: - розраховують для кожної експериментальної умови (i, j) амплітуди (M1i,j, M2i,j, …, Mpi,j) і фази (Ф1i,j,