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Einrichtung zur selbsttätigen Regelung der Temperatur von
Heizungsanlagen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur selbsttätigen Regelung der Temperatur von Heizungsan- lagenmit zwei Heizstellen für verschiedene Brennstoffe, z. B. Gas und Öl, bei der ein einstellbarer Verhältnissteller der beiden Brennstoffmengen und eine Messeinrichtung für die Ermittlung der Temperatur vorgesehen sind.
Es ist eine Verbrennungsregelung für zwei Brennstoffe mit entsprechendem Luftzusatz bekanntgeworden. Diese Regelung besteht aus zwei einfachen Regelkreisen, in denen für jede der Brennstoffmengen der Signalfluss ohne Verzweigungen auftritt, sowie einem weiteren, dem erstgenannten vorgeschalteteh Regelkreis, in dem der Vergleich der Summe der beiden Brennstoffmengen mit dem Luftdurchfluss vorgenommen wird, der über einen Anteilsteller einstellbar ist. Bei der bekannten Verbrennungsregelung zweier Brennstoffmengen handelt es sich um eine zusätzliche Störgrössenaufschaltung in den beiden für die Brennstoffmengen vorgesehenen Regeleinrichtungen, deren Eingänge von der Ausgangsgrösse des vorgeschalteten Verhältnisreglers in Abhängigkeit von dem Luftdurchfluss beaufschlagt werden.
Ferner ist eine Temperaturregelung für einen Ofen unter Verwendung einer Hilfsregelgrösse bekannt, die von einem Durchflussmengenmesser des Brennstoffes an einen Folgeregler geliefert wird. Bei dieser Kaskadenregelung dient die von der Ofentemperatur abhängige Stellgrösse des Führungsreglers als Sollwert für den Folgeregler.
Es gibt weiters in bekannter Weise eine Regeleinrichtung für einen Gasgemischstrom eines Ofens mit einer kalorimeterartigen Vorrichtung, die mittels eines Priifbrenners eine Messung des Energiestromes gestattet ; hiebei besteht diese vorbekannte Einrichtung aus einem Führungsregelkreis, in dem die kalorimetrische Vorrichtung zur Messung des dem Ofen zugeführten Energiestromes vorgesehen ist, und einem von dem Führungsregler beeinflussten Regelkreis, bei dem das Verhältnis der beiden durch Stauscheiben geführten Gasmengen über die beiden Kammern eines hydraulisch arbeitenden Gemischreglers gebildet ist. Dieser Strahlrohrgemischregler, dessen Verstärkung von der Ausgangsgrösse des Führungsreglers eingestellt wird, liefert eine Stellgrösse an eine Drosselkappe, die die Zufuhr einer der beiden Gasmengen einregelt.
Weiters dient eine vorbekannte Regeleinrichtung zur Wassertemperaturregelung bei Heizungsanla- gen in Wohnräumen in Abhängigkeit von der Aussentemperatur. In einem Zweig einer Brückenschaltung, derenAusgangeineStellgrösse an eine Wasserumlaufpumpe abgibt, ist ein mehrteiliges Netzwerk vorgesehen, in dem die die Aussentemperatur und die Wassertemperatur abbildenden Messfühler als Istwertgebervorgesehen sind. In einem periodischen Zeitzyklus werden mittels eines zweipoligen servomotorisch gesteuerten Programmschalters Teilwiderstände des Netzwerkes derart geändert, dass in den Nachtstunden bzw. am Morgen die Arbeitsweise der Regeleinrichtung besonderen Erfordernissen angepasst ist. Mit dem Programmschalter wird servomechanisch eine sprunghafte Verstellung der Werte der Widerstandszweige durch Zuschalten bzw.
Kurzschliessen von T eilwiderständen vorgenommen, die mit den Messfühlern für die Aussentemperatur bzw. Wassertemperatur in Serie geschaltet sind.
Es ist auch eine Regeleinrichtung für die Temperatur eines Flüssigkeitsbades von Metallteilen be-
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kanntgeworden ; bei dieser Regeleinrichtung wird die Zufuhr einer Dampfmenge verstellt. Es handelt sich um einen proportional arbeitenden Regler in einem einfachen Regelkreis, dessen Stellglied die Dampf- menge einregelt, deren Wärmeenergie über eine von dem Niveaugeber gesteuerte Schalteinrichtung entweder dem Bad direkt oder über einen Wärmeaustauscher zugeführt wird.
Ferner ist für einen Ofen eine Anordnung mit zwei Heizstellen bekanntgeworden, denen insgesamt vier Temperaturfühler zugeordnet sind, wobei je zwei der Temperaturfühler als Thermoelemente denselben Temperaturverhältnissen ausgesetzt sind. In einer Vergleichseinrichtung mit einem Dreipunktregler ist je eines der an den verschiedenen Heizstellen angeordneten Thermoelemente einander entgegengeschaltet.
Je nach dem Überwiegen der Temperatur an einer der beiden Ofenseiten verstellt die Ver- gleichseinrichtung die Drosselklappen der Heizstellen derart, dass der Zustrom des Brennstoffes zu der einenHeizstelle an der überhitzten Ofenseite gedrosselt ist und der Brennstoffstrom zur andern Heizstelle an der unterkühlten Ofenseite erhöht wird. In Abhängigkeit von der Vergleichseinrichtung wird von den beiden weiteren Thermoelementen dasjenige, das den höheren Temperaturwert angibt, an einen zusätzlichen Regler geschaltet, dessen Ausgangsgrösse eine weitere Regelklappe für die den Heizstellen insgesamt zugeführte Energie einregelt.
Es handelt sich um eine Zweifachregelung für die Ofentempe- ratur ; hiebei ist ein einfacher Regelkreis für die gesamte Energiezufuhr zu dem Ofen vorgesehen, sowie ein weiterer Regelkreis mit einem Dreipunktregler angeordnet, der über die beiden Heizstellen ein Temperaturgleichgewicht im Ofeninnern herstellt.
Bei den vorbekannten Einrichtungen mit gleichzeitiger Zufuhr verschiedener Brennstoffe, die zueinander in einem Mengenverhältnis stehen, sind mindestens zwei Regelkreise in Kaskade geschaltet.
Hiebei entstehen über die Regelstrecke Kopplungen der Einzelregelkreise untereinander, die die Regel- qualität der Einrichtung nachteilig beeinflussen. Durch Vermaschungen unter der Verwendung von Hilfsregelgrössen bzw. Störgrössen kann nur mit einem grossen Aufwand ein in sehr begrenztem Ausmass verbesserter Regelverlauf erzielt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine eingangs erwähnte Heizungsanlage die Regeleinrichtung mit einem Regelkreis durch die Verwendung einer Hilfsstellgrösse zu vereinfachen und dadurch ein günstiges Regelverhalten zu erzielen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in einem Regelkreis der Heizstelle mit dem überwiegenden Mengenanteil des einen Brennstoffes ein Temperaturregler mit einem Sollwertgeber zugeordnet ist, und dass der an die Mengenmesser beider Heizstellen angeschaltete Verhältnissteller als Stellpotentiometer mit einer von seiner Einstellung gesteuerten Umschaltevorrichtung für die Stellgrö- ssen der Brennstoffanteile ausgebildet ist, wobei die an dem Stellpotentiometer auftretende Spannungsdifferenz als Eingangsgrösse eines in dem Regelkreis eine Hilfsstellgrösse liefernden Verhältnisreglers für die Heizstelle mit dem geringeren Mengenanteil des ändern Brennstoffes dient.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Enden des Stellpotentiometers, dessen Teilwiderstände von einander entgegenwirkenden Strömen der Mengenmesser gespeist sind, je an einen der Anschlüsse der Mengenmesser der Heizstellen angeschlossen, denen je ein Widerstand parallelgeschaltet ist ; der Schleifer des Stellpotentiometers ist mit den andern Anschlüssen der Mengenmesser verbunden, wobei die die Abweichung des eingestellten Verhältnisses bildende Differenzspannung an den Enden des Stellpotentiometers abgenommen ist.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung kann man an das Stellpotentiometer ein zur Anzeige des gewünschten Brennstoffmengenverhältnisses dienendes Skalenblatt mit Zeiger und mit gegenläufigen den beiden Brennstoffen zugeordneten Prozentskalen vorsehen, deren einander zugehörige Prozentwerte eine Summe von 100 % ergeben.
Zur Wirkungsweise der Erfindung ist zu bemerken, dass in einem einfachen Regelkreis die Stellgrösse eines Temperaturreglers der Regelklappe des Brennstoffes mit dem überwiegenden Mengenanteil zugeführt ist, während in Abhängigkeit von einer Spannungsdifferenz an einem Stellpotentiometer, das den beiden Brennstoffmengenmessern zugeordnet ist, der Verhältnisregler eine Hilfsstellgrösse über den Regelkreis an die Regelklappe liefert, die in der Zuleitung für die Heizstelle mit geringem Brennstoffmengenanteil vorgesehen ist.
Gemäss der Erfindung werden Temperaturschwankungen im wesentlichen im Temperaturregelkreis mit einer Nachstellung der Regelklappe für den Brennstoff mit dem überwiegenden Anteil ausgeregelt in Abhängigkeit von der Brennstoffmenge der einen Heizstelle erfolgt gemäss dem eingestellten Verhältnis eine Steuerung der Regelklappe für die andere Heizstelle.
Mit den Einstellparametem des Temperaturreglers erfolgt eine Abstimmung auf die günstige Ausregelung der Temperaturschwankungen und Abweichungen der Brennstoffmenge für die Heizstelle mit dem überwiegenden Anteil ; die Parameter des
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Verhältnisreglers sind auf optimales Verhalten bei Störungen der Brennstoffmenge für die andere Heizstelle abgestimmt, Die Schwankungen der Brennstoffzufuhr für die Heizstelle mit dem geringeren Mengenanteil werden vorwiegend vom Verhältnisregler nachgestellt, ohne dass ein Eingreifen des Temperaturreglers notwendig ist. Durch diese Ausgestaltung des Einzelregelkreises mit einer Hilfsstellgrösse tritt bei Heizungsanlagen für verschiedene Brennstoffe ein günstiges Regelverhalten bei Temperaturschwankungen als auch bei Schwankungen der zugeführten Brennstoffmengen auf.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es handelt sich um eine Temperaturregelung für einen Ofen mit Brennstoffen verschiedener Art, z. B. Gas und Öl, wobei die Brennstoffmengen in einem bestimmten willkürlich einstellbaren Verhältnis zueinander stehen.
Mit 1 und 2 sind die beiden Zubringerleitungen für Gas und Öl einer Heizeinrichtung bezeichnet.
Das Brenngas wird über einen Gasmengenmesser 3, der über einen Messwertumformer einen der zu-
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als Stellglied geführt ; ebenso sind an der zweiten Stellstrecke ähnlich wirkende Geräte, nämlich ein Ölmengenmesser 5 und Ölregelventil 6 für das Heizöl vorgesehen.
An den Gasmengenmesser 3 und den Ölmengenmesser 5 sind gleich grosse Widerstände 7 bzw. 8 angeschlossen, die, da sie von der Gasmenge bzw. der Ölmenge proportionalen Strömen durchflossen werden, auch den Mengen entsprechende Spannungsabfälle aufweisen.
Fürdie Einstellung des Verhältnisses der Brennstoffmengen zueinander ist ein Stellpotentiometer 9 mit einer Sollwertskala 10 vorgesehen ; hiebei besitzt die Sollwertskala eine mehrfärbige Skalenteilung, die vorzugsweise aus einem schwarzen und einem weissen Feld entsprechend dem Brennstoff mit dem überwiegenden Mengenanteil besteht.
Auf der Skalenteilung ergeben die gegenläufigen den beiden Brennstoffmengen zugeordneten Prozentwerte eine Summe von 100 %. An dem Verhältnissteller 9 ist eineUmschaltevorrichtunggekuppelt. dieübereineKurvenscheibe 18 Umschaltekontakte 11, 12, 13,
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lers 15 mit jener Stelleinrichtung für die Brennstoffmengenzufuhr, die für den grösseren Mengenanteil vorgesehen ist ; dagegen ist mittels der Umschaltekontakte 13, 14 ein eine Hilfsstellgrösse liefernder Ausgang 163, 164 eines Verhältnisreglers 16 an die Stelleinrichtung für die Brennstoffmengenzufuhr mit dem kleineren Mengenanteil angeschlossen.
Es ist aber auch möglich, unabhängig von dem Verhältnissteller 9 die Umschaltekontakte 11, 12, 13, 14 durch einen eigenen mehrpoligen, von Hand betätigbaren Schalter zu ersetzen, der die Verbindung zwischen den Reglerausgängen und den Stelleinrichtungen für die Brennstoffmengenzufuhr herstellt.
Das Stellpotentiometer 9 für die Verhältnisbildung der beiden Brennstoffmengen ist für das Zusammenwirken mit den beiden Widerständen 7, 8 so ausgelegt, dass bei Mittelschaltung des Schleifers 91, also bei Vorgabe gleicher Brennstoffanteile (50 lu), die an den Eingang 161, 162 des Verhältnisreglers 16 übertragene Differenzspannung 0 beträgt. Bei gegebenenfalls ungleichen Brennstoffmengen, z. B. bei zu geringer ölmenge, wird aus der sich einstellenden Differenzspannung über den Ausgang 163, 164 des Verhältnisreglers 16 das Regelventil 6 für die Heizölmenge derart nachgestellt, dass die Differenzspannung 0 wird und die Regelabweichung verschwindet.
Eine Verstellung des Schleifers 91 aus der Mittelstellung legt eine Erhöhung des einen Brennstoffmengenanteiles bzw. eine entsprechende Erniedrigung des andern Brennstoffmengenanteiles fest. Hiebei wird einerseits im Gleichlauf mit der erwünschten Erhöhung eines Brennstoffmengenanteiles der Belastungswiderstand des zugehörigen Brennstoffmengen-Messwertumformers verkleinert ; anderseits wird der Belastungswiderstand für den andern Brennstoffmengen-Messwertumformer vergrössert. Mittels der den Durchflussmengen proportionalen Ströme werden über die vom Brennstoffmengenverhältnis abhängigen Belastungswiderstandswerte einander entgegengerichtete Spannungen gebildet.
Bei einer Abweichung des zugeführten Brennstoffes mit dem geringeren Mengenanteil gegenüber dem eingestellten Verhältnis sind die Spannungen ungleich ; die an den Enden des Stellpotentiometers 9 abgegriffene Spannungsdifferenz wird wieder als Regelabweichung dem Verhältnisregler zugeführt und vom letzteren über seinen Ausgang 163, 164 auf Null zurückgeführt. Dadurch wird eine Abweichung der Brennstoffmenge mit dem geringeren Anteil vom geforderten Mengenverhältnis abgeglichen. Ebenso erfolgt bei jeder beliebigen Stellung des Potentiometerschleifers 91 eine Ausregelung der Differenzspannung in Abhängigkeit von der Stellstrecke mit dem überwiegenden Brennstoffmengenanteil.
In der Zeichnung zeigt die Zeigerstellung des Sollwertgebers für den Verhältnisregler ein Brenn-
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stoffmengenverhältnis, nach dem den Brennern der Heizanlage mengenmässig siebzig Anteile Gas und dreissig Anteile Öl zugeführt werden. Bei dem angegebenen Brennstoffmengenverhältnis steuert der Temperaturregler 15, dem ein Thermoelement T als Istwertgeber dient, nach einem Vergleich mit dem Sollwertgeber 17 mit seiner Stellgrösse als Führungsgrösse die Zufuhr der Gasmenge pro Zeit-
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; über den Verhältnisreglermengepro Zeiteinheit geregelt.
Beim Durchdrehen des Schleifers 91 im Uhrzeigersinn über die Mittelstellung des Sollwertgebers 10, werden die der Kurvenscheibe 18 gekuppelten Umschaltekon- takte 11, 12, 13, 14 betätigt, wobei der Temperaturregler mit dem Ölregelventil 6 verbunden wird, während der Verhältnisregler 16 die Gasregelklappe 4 mit dem geringeren Stellwertanteil steuert.
Für die Umschaltung sind auch anders geartete Kontakteinrichtungen wie Relais zur Kontaktvermehrung einsetzbar.
Mit der erfindungsgemässen Regeleinrichtung gelingt es auch, andere physikalische Grössen, die in einem stellbaren Verhältnis voneinander abhängig sind, mit einer andern Grösse in Verbindung zu bringen ; vorzugsweise bei Temperaturregelanlagen und Brennstoff-Luft-Verhältnisregelkreisen ist die Regeleinrichtung anwendbar.