AT394909B - Einrichtung zur kontinuierlichen ueberwachung eines variablen luftstromes - Google Patents

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Description

AT 394 909 6
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur kontinuierlichen Überwachung eines durch einen elektrisch angetriebenen und von einem Drehzahlregler gesteuerten Ventilatm’ erzeugten variablen Luftstromes.
Eine bekannte Vorrichtung zur Überwachung des Luftvolumenstromes basiert auf der Überwachung des von der Strömung an einer Meßblende hervorgerufenen Differenzdruckes durch eine Druckmeßdose mit festem Schalt-5 punkt. Unterschreitet dm Luftstrom einen festen Wert, so öffnet ein Schaltkontakt in der Druckmeßdose und schaltet das Gerät ab. Wegen des festen Schaltpunktes kann dieses Verfahren bei der Überwachung von Volumenströmen mit variablem Soll-Wert nur geringen Genauigkeitsanforderungen genügen. Für die Überwachung eines in zwei Stufen variablen Luftstromes werden daher bei einer bekannten Vorrichtung zwei Druckmeßdosen mit unterschiedlichen Schaltpunkten eingesetzt Für die Überwachung eines stetig 10 veränderlichen Luftstromes kann eine solche zweistufige Überwachung immer noch zu ungenau sein. Für die kontinuierliche Überwachung eines stetig variablen Luftstromes sind Verfahren bekannt die auf dem Hitzdrahtanemometerprinzip basieren. Das Anemometer liefert ein dem Luftstrom proportionales Signal, so daß ein Soll-Ist-Vergleich bei jedem einstellbaren Volumenstrom möglich ist
Nachteilig ist die Notwendigkeit relativ kleiner, empfindlicher Fühler, die in direktem Kontakt mit dem zu 15 überwachenden Luftstrom stehen und damit der Gefahr der Verschmutzung und Korrosion ausgesetzt sind.
Es ist ein Verfahren bekannt das zur Vermeidung der oben erwähnten Probleme eine Kombination aus Luftstrom- und Drehzahlüberwachung darstellt Dabei wird oberhalb eines bestimmten Brennstoffdurchsatzes der Luftstrom mit einer Druckmeßdose überwacht Unterhalb dieses Durchsatzes wird die Drehzahl des Ventilators, die von einer Regeleinrichtung an den Brennstoffdurchsatz angepaßt wird, überwacht Nachteilig hierbei ist daß eine 20 Verschlechterung des Luftweges während des drehzahlüberwachten Betriebes nicht bemerkt wird.
Ziel der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, die sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet und auch im Teillastbereich eine Erfassung des tatsächlichen Luftdurchsatzes ermöglicht
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß eine Auswerteschaltung vorgesehen ist die eingangsseitig 25 mit einer im Luftstrom angeordneten Druckmeßdose mit festem Schaltpunkt einem Drehzahlfühler und einem die aufgenommene Leistung des Antriebes des Ventilators erfassenden Leistungsmesser verbunden ist wobei die Auswerteschaltung einen Rechner umfaßt, der aus der bei Erreichen des Schaltpunktes der Druckmeßdose ermittelten Energieaufnahme des Antriebes des Ventilators den Wirkungsgrad des Ventilators errechnet wobei die Auswerteschaltung eingangsseitig von einem ein Maß für den Luftbedarf darstellenden Signal beaufschlagt ist 30 und ausgangsseitig den Drehzahlregler in Abhängigkeit von dem ein Maß für den Luftbedarf darstellenden Signal und dem errechneten Wirkungsgrad beeinflußt.
Durch diese Maßnahmen ergibt sich ein sehr einfacher Aufbau der Einrichtung.
Es können Änderungen im Wirkungsgrad des Ventilators einfach erfaßt und dadurch eine sehr genaue Einhaltung des erforderlichen Luftdurchsatzes erreicht werden. 35 Die Leistungsaufnahme des Antriebes des Ventilators ist proportional zu dem Produkt aus Wirkungsgrad, mechanischer Belastung und Drehzahl. Ist der Wirkungsgrad bekannt, so läßt sich aus der gemessenen Leistung und der Drehzahl die mechanische Belastung, also der Luftdurchsatz bestimmen.
Durch Bestimmung der Drehzahl und der Leistungsaufnahme des Ventilators im Moment, in dem eine Druckmeßdose infolge eines bekannten Luftdurchsatzes schaltet, so läßt sich der aktuelle Wirkungsgrad des Ventilators 40 ermitteln, und es können auf der Basis der jeweils jüngsten Werte des Wirkungsgrades Schwankungen bzw. Alterungseffekte des Ventilators erfaßt werden. Unter der Annahme, daß sich der Wirkungsgrad des Ventilators kurzfristig nicht ändert und seine Drehzahlabhängigkeit bekannt ist, kann daher für jede Drehzahl des Ventilators der Massedurchsatz des Ventilators errechnet werden und die Brennstoffzufuhr bei Unterschreiten der für den aktuellen Brennstoffdurchsatz notwendigen Luftmenge abgeschaltet werden, so daß ein die Umwelt unnötig be-45 lastender Betrieb vermieden wird.
Die Benutzung der erfindungsgemäßen Einrichtung erfolgt in der Weise, daß mit der Drehzahl des Ventilators so weit hochgefahren wird, bis die Druckmeßdose schaltet. Zu diesem Zeitpunkt kann durch den Rechner aus der Drehzahl, dem durch das Schalten der Druckmeßdose bekannten Massendurchsatz und der aufgenommenen Leistung der Wirkungsgrad des Ventilators errechnet werden. 50 Dadurch wird eine Vereinfachung der Steuerung einer Heizeinrichtung erreicht.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung, Fig. 2 schematisch ein mit einer erfindungsgemäßen Steuerung versehenes Heizgerät und Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Auswerteschaltung.
Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Einrichtung, die zur Steuerung (21) des Heizgerätes nach der Fig. 2 dient. 55 Die Einrichtung nach der Fig. 1 weist eine Auswerteschaltung (1) auf, die eingangsseitig mit einem Vorlauftemperaturregler (2) einer Heizungsanlage verbunden ist und einen Schalter (3) steuert der bei entsprechend weit abgesunkener Vorlauftemperatur geschlossen wird und den Vorlauftemperaturregler (2) mit einem Gasfeuerungsautomaten (4) verbindet der ein Gasmagnetventil (5) steuert
Der Vorlauftemperaturregler (2) ist mit einem Drehzahl-Sollwertgeber (6) verbunden, dar auch mit einem 60 Ausgang (41) der Auswerteschaltung (1) verbunden ist. Dieser Drehzahl-Sollwertgeber (6) ist weiters mit einem Drehzahlregler (7) verbunden, der seinerseits mit einem Drehzahlfühler (8) verbunden ist, der z. B. durch einen Hallsensor gebildet sein kann. Dieser Drehzahlfühler (8) ist weiters mit der Auswerteschaltung (1) ver- -2-
AT 394 909 B bunden.
In der Anspeisung des Antriebes (9) des Ventilators (10) ist weiters ein Leistungsmesser (11) angeordnet, der ebenfalls mit der Auswerteschaltung (1) verbunden ist. Im Luftstrom des Ventilators (10), z. B. in der Verbrennungsluftführung (20) des Heizgerätes nach der Fig. 2 ist eine Druckmeßdose (12) angeordnet, die einen festen Schaltpunkt auf weist und die mit der Auswerteschaltung (1) verbunden ist.
Wird bei einer Wärmeanforderung des Vorlauftemperaturreglers (2) über den Gasfeuerungsautomaten (4) das Gasmagnetventil (5) geöffnet und damit auch der Ventilator (10) aktiviert, so wird die Drehzahl des Ventilators (10) so lange hochgefahren, bis die Druckmeßdose (12) schaltet.
Da der Druck im Schaltpunkt festliegt und die Abmessungen des den Luftstrom führenden Kanales ebenfalls bekannt sind, läßt sich der Massenduichsatz ermitteln.
Die Auswerteschaltung (1) umfaßt einen Rechner, der aus der vom Leistungsmesser erfaßten Leistung, der zum Schaltzeitpunkt der Druckmeßdose (10) gegebenen Drehzahl des Ventilators (10) den Wirkungsgrad desselben errechnet. Während der Betriebszeit des Ventilators im Zuge eines Zyklusses kann eine Änderung des Wirkungsgrades, mit Ausnahme der bekannten durch Änderungen der Drehzahl des Ventilators (10) bedingten Änderungen ausgeschlossen werden. Aus dem bei einem bekannten Luftdurchsatz ermittelten Wirkungsgrad und dem bekannten Verlauf in Abhängigkeit von der Drehzahl läßt sich nun durch den Rechner zu jedem angeforderten Luftdurchsatz die erforderliche Drehzahl des Ventilators errechnen und dieser Wert an den Drehzahl-Sollwertgeber (6) weiterleiten.
Damit läßt sich stets der erforderliche Massendurchsatz durch einfache Drehzahlsteuerung des Ventilators regeln, wobei eine Anpassung an die Alterung des Ventilators und damit dem Absinken seines Wirkungsgrades gegeben ist.
Wird der Sollwert unterschritten, so wird über den Relaiskontakt (3) die Versorgung des Gasmagnetventils (5) unterbrochen.
Die Fig. 2 zeigt einen Wasserheizer mit einem Brenner (13) der sich unterhalb eines Wärmetauschers (14) befindet, dessen Vorlauf mit (15) und dessen Rücklauf mit (16) bezeichnet sind.
An der Oberseite des Wärmetauschers (14) schließt ein Abgassammler (17) und eine Abgasführung (18) an, in der sich der Ventilator (10) befindet, der auch für die Zufuhr der Verbrennungsluft sorgt, die über die vom Gehäuse (19) umschlossene Verbrennungsluftführung (20) zuströmt, die die Abgasführung (18) ummantelt
Die Steuerung (21), deren Aufbau aus der Fig. 1 zu ersehen ist, steuert den Antrieb (9) des Ventilators (10) über eine Steuerleitung (22) in Abhängigkeit vom Brennstoffdurchsatz zum Brenner (13). Dazu ist ein die Brennstoffzufuhr steuerndes Stellglied (23) über eine Steuerleitung (24) mit dem den Brennstoffdurchsatz stetig beeinflussenden Ventil (25) verbunden und über eine Steuerleitung (26) an die Steuerung (21) angeschlossen.
Ein übergeordnetes Magnetventil (5), das die Brennstoffzuführung (27) zum Brenner beherrscht, ist ebenfalls mit der Steuerung (21) verbunden.
In der Verbrennungsluftführung (20) ist weiters eine Meßblende (29) angeordnet, an deren beiden Seiten Meßleitungen (28) angeordnet sind, die zu der Druckmeßdose (12) führen, die über die Leitung (30) mit der Steuereinrichtung (21) verbunden ist
Die Auswerteschaltung nach der Fig. 1 ist in der Fig. 3 dargestellt. Registriert der Vorlauftemperaturregler (2) eine Wärmeanforderung, so liefert er ein Eingangssignal (37) an einen Sägezahngenerator (35) der Auswerteschaltung (1), der ein ansteigendes Ausgangssignal (41) an den Drehzahl-Sollwertgeber (6) liefert, wodurch die Ventilatordrehzahl stetig gesteigert wird. Wenn die Druckmeßdose (12) schaltet, so liefert sie ein Signal (40) an eine Abtast-Halte-Schaltung (32), die dann den augenblicklichen Wert eines ebenfalls zugeführten drehzahlproportionalen Signäles speichert und den gespeicherten Wert an den Rechner (36) liefert.
Das drehzahlproportionale Signal wird mittels eines Frequenz-Spannungsumsetzers (31) aus dem Eingangssignal (38) des Drehzahlfühlers (8) gewonnen und außer der Abtast-Halte-Schaltung (32) auch direkt dem Rechner (36) zugeführt. Des weiteren wird dem Rechner (36) das auf gleiche Weise und zum gleichen Zeitpunkt, nämlich dem Schalten der Druckmeßdose (12), in einer weiteren Abtast-Halte-Schaltung (44) gespeicherte, vom Leistungsmesser (11) kommende Eingangssignal (39) zugeführt.
Der Rechner (36) errechnet aus dem für den Einschaltpunkt der Druckmeßdose (12) bekannten Luftdurchsatz und der dabei gemessenen Leistungsaufnahme und Drehzahl des Ventilators (10) den Wirkungsgrad desselben. Aus diesem Wirkungsgrad und dem aktuellen Meßwert von Drehzahl und Leistung wird für alle aktuellen Werte ein Signal gebildet, bei dessen Bildung die bekannte Drehzahlabhängigkeit des Wirkungsgrades des Ventilators (10) und seines Antriebes vom Rechner (36) berücksichtigt wird. Dieses gebildete Signal liegt an einem Komparator (33) an und wird von diesem mit dem Eingangssignal (43) verglichen, das ein Maß für die benötigte Leistung des Brenners (13) und damit für den benötigten Luftdurchsatz darstellt. Ist das Signal (43) höher als das mit ihm verglichene Signal, so schaltet der Komparator (33), gegebenenfalls nach einer internen Verzögerungszeit, über die auf den Relaiskontakt (3) wirkende Relaisspule (34) das Gasmagnetventil (5) und damit die Brennstoffzufuhr ab. -3-

Claims (3)

  1. AT 394 909 B PATENTANSPRÜCHE 1. Einrichtung zur kontinuierlichen Überwachung eines durch einen elektrisch angetriebenen und von einem Drehzahlregler gesteuerten Ventilator erzeugten variablen Luftstromes, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswerteschaltung (1) vorgesehen ist, die eingangsseitig mit einer im Luftstrom angeordneten Druckmeßdose (12) mit festem Schaltpunkt, einem Drehzahlfühler (8) und einem die aufgenommene Leistung des Antriebes (9) des Ventilators (10) erfassenden Leistungsmesser (11) verbunden ist, wobei die Auswerteschaltung (1) einen Rechner (36) umfaßt, der aus dem bei Erreichen des Schaltpunktes der Druckmeßdose (12) ermittelten Energieaufnahme des Antriebes (9) des Ventilators (10) den Wirkungsgrad des Ventilators (10) errechnet, wobei die Auswerteschaltung (1) eingangsseitig von einem ein Maß für den Luftbedarf darstellenden Signal beaufschlagt ist und ausgangsseitig den Drehzahlregler (7) in Abhängigkeit von dem ein Maß für den Luftbedarf darstellenden Signal und dem errechneten Wirkungsgrad beeinflußt
  2. 2. Heizeinrichtung mit einer die Brennstoffzufuhr zu einem Brenner steuernden Magnetventil und einer Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (1) ausgangsseitig die Freigabe des die Brennstoffzufuhr steuernden Magnetventiles (5) steuert Hiezu
  3. 3 Blatt Zeichnungen -4-
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