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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Brennerregelung in Heizungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen der Einund Ausschalttemperatur, also die Schaltdifferenz des Reglers, in Abhängigkeit von der jeweiligen Leistungsanforderung veränderlich ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltdifferenz in unteren Leistungsbereichen grösser ist als in oberen Leistungsbereichen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltdifferenz in unteren Leistungsbereichen etwa doppelt so gross ist wie die in Heizungsanlagen übliche Schaltdifferenz von ca. 8 " C in oberen Leistungsbereichen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schaltdifferenz zu unteren Leistungsbereichen hin kontinuierlich vergrössert.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schaltdifferenz zu unteren Leistungsbereichen hin stufenförmig vergrössert.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltdifferenz in jeder Situation geringer ist als die Differenz zwischen der Vor- und Rücklauftemperatur des Kesselwassers.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Schaltung bzw. in den Regelkreis eines elektronischen bzw. hydraulischen Kesselreglers ein von der Aussentemperatur beaufschlagter Widerstand bzw. ein mechanisches Verzögerungsglied eingebaut ist, dessen die Schaltdifferenz beeinflussender Widerstand bzw. beeinflussende Trägheit sich mit steigender Aussentemperatur verändert.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch die Koppelung mehrerer Regler mit unterschiedlicher Schaltdifferenz, von denen der Regler mit der grösseren Schaltdifferenz im unteren Leistungsbereich zum Einsatz kommt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Schalter zur Verringerung der Schaltdifferenz sofern diese im Betriebsfall grösser als die Differenz zwischen der Vor- und Rücklauftemperatur des Kesselwassers sein sollte.
Brenner in Heizungsanlagen werden über thermostatische Kesselregler in Abhängigkeit von der gewünschten Kesselwassertemperatur ein- und ausgeschaltet. Die Kesselregler besitzen dabei eine gewisse Differenz zwischen der Ein- und Ausschalttemperatur, die sogenannte Schaltdifferenz. Sobald das Kesselwasser den unteren Wert erreicht, wird der Brenner eingeschaltet. Bei Erreichen des oberen Wertes erfolgt die Abschaltung.
Die Schaltdifferenz des Reglers beeinfluss den Kesselbetrieb in mehrfacher Weise. Sie wirkt sich einerseits auf die maximale Kesselwassertemperatur aus. So würde sich bei einer Schaltdifferenz von z. B. 80C und einer erlaubten Höchsttemperatur von z. B. 90"C eine Kesselwassertemperatur zwischen 82 und 90oC, d. h. eine mittlere Temperatur von etwa 860C einstellen.
Die mittlere Temperatur liegt demnach bei grösseren Schaltdifferenzen niedriger und bei geringeren Schaltdifferenzen höher. Da einer hohen Leistungsanforderung durch eine möglichst hohe mittlere Kesselwassertemperatur am besten entsprochen wird, sollte deshalb die Schaltdifferenz möglichst gering sein.
Die Schaltdifferenz wird sich zum anderen auf die Brennerlaufzeit aus. Je geringer sie ist, um so kürzere Zeit muss der Brenner laufen, um die geringe Temperaturspanne durch Energiezufuhr zu überbrücken. Bei allzu niedrigen Brennerlaufzeiten ergibt sich ein schlechter Wirkungsgrad. Zudem steigt die Umweltbelastung durch schlechten Ausbrand und durch starke Verrussung sehr an.
Bei den bekannten Kesselanlagen hat sich gezeigt, dass die z.Zt. üblichen, im Interesse einer hohen mittleren Kesselwassertemperatur möglichst niedrig liegenden Schaltdifferenzen in oberen Leistungsbereichen zu ausreichend langen Brennerlaufzeiten führen. Der Heizungsvorlauf führt fortwährend Energie ab, so dass der Brenner lange laufen muss, um die abgeführte Energie zuzuführen und die Kesselwassertemperatur um die Schaltdifferenz anzuheben.
Bei niedrigen Leistungsanforderungen, etwa in Übergangszeiten, kann der Brenner die Schaltdifferenz hingegen wesentlich schneller überbrücken. Das führt dazu, dass in Leistungsbereichen bis etwa 60% sehr kurze Brennerlaufzeiten vorhanden sind. Dabei können die geschilderten Nachteile eines schlechten Wirkungsgrades und einer schlechten Verbrennung auftreten.
In der Praxis stehen sich somit zwei entgegengesetzte Forderungen gegenüber. Auf der einen Seite wird eine geringe Schaltdifferenz gefordert, die in oberen Leistungsbereichen notwendig und auch nicht nachteilig ist. Auf der anderen Seite wird insbesondere in unteren Leistungsbereichen eine längere Brennerlaufzeit gefordert, die jedoch durch eine geringe Schaltdifferenz verhindert wird.
Das anstehende Problem wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die Differenz zwischen der Ein- und Ausschalttemperatur, also die Schaltdifferenz des Reglers in Abhängigkeit von der jeweiligen Leistungsanforderung veränderlich ist. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen der Ein- und Ausschalttemperatur, also die Schaltdifferenz des Reglers in Abhängigkeit von der jeweiligen Leistungsanforderung veränderlich ist.
Durch Versuche lässt es sich ohne weiteres für jede Kesselart und -grösse ermitteln, welche Schaltdifferenz im unteren Leistungsbereich vorhanden sein muss, um eine Brennerlaufzeit zu erhalten, die die nachteiligen Folgen einer schlechten Verbrennung ausschliesst. Als günstig hat es sich herausgestellt, in oberen Leistungsbereichen die in Heizungsanlagen übliche Schaltdifferenz von etwa 80C und in unteren Leistungsbereichen eine etwa doppelt so grosse Schaltdifferenz zu wählen.
Grundsätzlich ist es möglich, die Schaltdifferenz in Abhängigkeit von der Leistungsanforderung kontinuierlich oder stufenförmig zu verändern. Da die Brennerlaufzeiten bei der bisher üblichen, über den gesamten Leistungsbereich konstanten Schaltdifferenz bis etwa 60% der Gesamtleistung zu niedrig sind und oberhalb dieses Wertes auf ausreichende Länge ansteigen, kann in Leistungsbereichen von 60-100% die bisherige Schaltdifferenz beibehalten werden. Unter 60% der Gesamtleistung ist die Schaltdifferenz kontinuierlich anzuheben oder es sind eine oder mehrere Stufen mit höherer Schaltdifferenz einzuschalten.
Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Schaltdifferenz über den Leistungsbereich zu verändern.
Bei elektronischen Reglern kann ein von der Aussentemperatur beaufschlagter Widerstand in die Schaltung eingebaut werden, dessen Widerstand sich mit steigender Aussentemperatur verändert und die Schaltdifferenz vergrössert. Die Aussentemperatur ist in diesem Fall die leistungsbestimmende Grösse. Grundsätzlich ist es auch möglich, eine andere leistungsbestimmende Grösse als die Aussentemperatur auf den Widerstand einwirken zu lassen.
Bei hydraulischen Reglern kann ein mechanisches Verzögerungsglied in den Regelkreis eingebaut werden, dessen Trägheit sich mit steigender Aussentemperatur verändert und die Schaltdifferenz vergrössert. Als Verzögerungsglieder kommen Membrane, Bimetalle o. dgl. in Frage.
Eine andere Einrichtung kann darin bestehen, dass mehrere
Regler mit unterschiedlicher Schaltdifferenz gekoppelt werden.
Eine einfache Umschaltung in Abhängigkeit von der geforderten Leistung setzt jeweils den Regler mit der benötigten Schaltdifferenz in Tätigkeit.
Das beigefügte Diagramm dient zur Veranschaulichung der Erfindung. Es bezieht sich auf eine gleitende Regelung der Kesselwassertemperatur in Abhängigkeit von der jeweiligen Aussentemperatur für einen Heizkessel aus Gusseisen.
Auf der Abszisse ist die Aussentemperatur und auf der Ordinate die benötigte Vorlauftemperatur aufgetragen. Sehr niedrige Aussentemperaturen erfordern eine hohe Kesselleistung und somit hohe Vorlauftemperaturen. Höhere, d. h.
wärmere Aussentemperaturen erfordern eine niedrige Kesselleistung und somit niedrigere Vorlauftemperaturen. Die Einschaltung des Brenners erfolgt jeweils auf der unteren und die Ausschaltung auf der oberen Kurve. In oberen Leistungsbereichen ist die zwischen beiden Kurven liegende Schaltdifferenz gering, im unteren Leistungsbereich hingegen wesentlich grösser, so dass ausreichende Brennerlaufzeiten gewährleistet sind.
Die Kurven können auch einen anderen Verlauf haben.
Die geschilderte Brennerregelung ist in Kesselanlagen von Vorteil, in denen die Kesselwassertemperatur nicht auf einem festen Wert gehalten sondern in Abhängigkeit von der benötigten Leistung, z. B. durch einen Aussentemperaturfühler variiert wird, d. h. in Anlagen ohne einen dem Kessel nachgeschalteten Heizungsmischer.
Für bestimmte Kesselanlagen sind Schaltdifferenzen von 5 und 100C besonders zweckmässig.
Neben der Leistungsanforderung, d. h. der Höhe der benötigten Kesselwassertemperatur, ist noch ein weiterer Faktor für die Bemessung der Schaltdifferenz zu berücksichtigen, d. h.
die Differenz zwischen der Vor- und Rücklauftemperatur des Kesselwassers. Im allgemeinen liegt diese Temperaturdifferenz bei etwa 200C. Es passiert jedoch sehr häufig, dass aufgrund überdimensionierter Heizungsumwälzpumpen oder auch falscher Berechnung diese Temperaturdifferenz niedriger liegt.
Da die erfindungsgemässe Brennerregelung in unteren Leistungsbereichen zweckmässig eine grosse Schaltdifferenz vorsieht, ist es nicht auszuschliessen, dass die Schaltdifferenz grösser ist als die Differenz zwischen der Vor- und Rücklauftemperatur des Kesselwassers. Infolge der grösseren Schaltdifferenz kann dieses zu einer erheblichen Überheizung des Gebäudes und zu einer Energievergeudung führen.
Die geschilderten Nachteile können dadurch behoben werden, dass die Schaltdifferenz in jeder Situation geringer ist als die Differenz zwischen der Vor- und Rücklauftemperatur des Kesselwassers.
In den oberen Leistungsbereichen ist die Schaltdifferenz des Brenners niedriger als die Differenz zwischen der Vor- und Rücklauftemperatur des Kesselwassers. Damit dieses auch in unteren Leistungsbereichen mit den bewusst grösseren Schaltdifferenzen der Fall ist, sollen die Schaltdifferenzen in Anlehnung an die Differenz zwischen der Vor- und Rücklauftemperatur korrigiert, d. h., bei Bedarf verringert werden. Eine Möglichkeit zur Korrektur besteht in der Verwendung eines geeigneten Elementes, z. B. eines Schalters im Bereich der Anschlussklemmen. Mit diesem kann eine Umschaltung auf eine kleinere Schaltdifferenz vorgenommen werden.
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PATENT CLAIMS
1. A method for regulating the burner in heating systems, characterized in that the difference between the switch-on and switch-off temperature, i.e. the switching differential of the controller, is variable as a function of the respective power requirement.
2. The method according to claim 1, characterized in that the switching difference in the lower power ranges is greater than in the upper power ranges.
3. The method according to claim 2, characterized in that the switching differential in the lower power ranges is approximately twice as large as the switching differential of approximately 8 "C customary in heating systems in the upper power ranges.
4. The method according to claim 3, characterized in that the switching differential increases continuously towards the lower power ranges.
5. The method according to claim 3, characterized in that the switching difference increases in steps towards lower power ranges.
6. The method according to claim 1, characterized in that the switching difference is lower in every situation than the difference between the flow and return temperatures of the boiler water.
7. The device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that a resistor acted upon by the outside temperature or a mechanical delay element is installed in the circuit or in the control loop of an electronic or hydraulic boiler controller, the resistance of which influences the switching difference or influencing inertia changes with increasing outside temperature.
8. The device according to claim 7, characterized by the coupling of several controllers with different switching differential, of which the controller with the larger switching differential is used in the lower power range.
9. The device according to claim 7, characterized by a switch for reducing the switching difference if this should be greater than the difference between the flow and return temperatures of the boiler water in the operating case.
Burners in heating systems are switched on and off via thermostatic boiler controllers depending on the desired boiler water temperature. The boiler controllers have a certain difference between the switch-on and switch-off temperature, the so-called switching difference. As soon as the boiler water reaches the lower value, the burner is switched on. Shutdown takes place when the upper value is reached.
The switching differential of the controller influences boiler operation in several ways. On the one hand, it affects the maximum boiler water temperature. So with a switching difference of z. B. 80C and a maximum allowable temperature of z. B. 90 "C set a boiler water temperature between 82 and 90oC, i.e. an average temperature of about 860C.
The mean temperature is therefore lower for larger switching differences and higher for smaller switching differences. Since a high performance requirement is best met by an average boiler water temperature that is as high as possible, the switching differential should therefore be as low as possible.
The switching differential will also affect the burner running time. The lower it is, the shorter the time the burner has to run in order to bridge the low temperature range by supplying energy. If the burner running times are too short, the efficiency is poor. In addition, the environmental pollution increases greatly due to poor burnout and heavy soot build-up.
With the known boiler systems it has been shown that the currently The usual switching differentials in the upper output ranges that are as low as possible in the interests of a high mean boiler water temperature lead to sufficiently long burner runtimes. The heating flow continuously dissipates energy so that the burner has to run for a long time in order to supply the dissipated energy and to raise the boiler water temperature by the switching differential.
In the case of low power requirements, for example in transition periods, the burner can bridge the switching difference much more quickly. This means that very short burner runtimes are available in power ranges of up to around 60%. The described disadvantages of poor efficiency and poor combustion can occur.
In practice, there are two opposing requirements. On the one hand, a low switching differential is required, which is necessary and not disadvantageous in the upper performance ranges. On the other hand, a longer burner runtime is required, especially in the lower power ranges, but this is prevented by a small switching differential.
The present problem is solved according to the invention in that the difference between the switch-on and switch-off temperature, that is to say the switching difference of the controller, is variable as a function of the respective power requirement. The device according to the invention is characterized in that the difference between the switch-on and switch-off temperature, that is to say the switching difference of the controller, is variable as a function of the respective power requirement.
Through experiments it can easily be determined for each type and size of boiler which switching differential must be present in the lower output range in order to obtain a burner running time that excludes the disadvantageous consequences of poor combustion. It has been found to be beneficial to choose the switching differential of around 80C, which is common in heating systems, in the upper power ranges and a switching differential of around twice as large in the lower power ranges.
In principle, it is possible to change the switching differential continuously or in stages depending on the performance requirement. Since the burner runtimes are too low up to around 60% of the total output with the switching differential up to about 60% of the total output, which has been customary up to now, and increase to a sufficient length above this value, the previous switching differential can be maintained in output ranges of 60-100%. Below 60% of the total output, the switching differential must be increased continuously or one or more stages with a higher switching differential must be switched on.
There are several ways of changing the switching differential across the power range.
In the case of electronic controllers, a resistor that is acted upon by the outside temperature can be built into the circuit, the resistance of which changes as the outside temperature rises and the switching differential increases. In this case, the outside temperature is the determining factor. In principle, it is also possible to have a performance-determining variable other than the outside temperature act on the resistor.
In the case of hydraulic controllers, a mechanical delay element can be built into the control circuit, the inertia of which changes as the outside temperature rises and the switching differential increases. Diaphragms, bimetals or the like can be used as delay elements.
Another facility may be multiple
Controllers with different switching differential can be coupled.
A simple switchover depending on the required output sets the controller with the required switching differential in action.
The attached diagram serves to illustrate the invention. It refers to a sliding control of the boiler water temperature depending on the respective outside temperature for a heating boiler made of cast iron.
The outside temperature is plotted on the abscissa and the required flow temperature is plotted on the ordinate. Very low outside temperatures require a high boiler output and thus high flow temperatures. Higher, d. H.
Warmer outside temperatures require a lower boiler output and thus lower flow temperatures. The burner is switched on on the lower curve and switched off on the upper curve. In the upper power ranges, the switching difference between the two curves is small, in the lower power range, however, it is significantly greater, so that sufficient burner runtimes are guaranteed.
The curves can also have a different course.
The burner control described is of advantage in boiler systems in which the boiler water temperature is not kept at a fixed value but depends on the required output, e.g. B. is varied by an outside temperature sensor, d. H. in systems without a heating mixer downstream of the boiler.
Switching differentials of 5 and 100C are particularly useful for certain boiler systems.
In addition to the performance requirement, i.e. H. the level of the required boiler water temperature, another factor must be taken into account when calculating the switching differential, i.e. H.
the difference between the flow and return temperature of the boiler water. In general, this temperature difference is around 200C. However, it very often happens that this temperature difference is lower due to oversized heating circulation pumps or incorrect calculations.
Since the burner control according to the invention expediently provides a large switching difference in lower output ranges, it cannot be ruled out that the switching difference is greater than the difference between the flow and return temperatures of the boiler water. As a result of the larger switching differential, this can lead to considerable overheating of the building and waste of energy.
The disadvantages outlined can be remedied by the fact that the switching differential is lower in every situation than the difference between the flow and return temperatures of the boiler water.
In the upper output ranges, the switching differential of the burner is lower than the difference between the flow and return temperatures of the boiler water. So that this is also the case in the lower performance ranges with the deliberately larger switching differentials, the switching differentials should be corrected based on the difference between the flow and return temperatures, i.e. i.e., be reduced if necessary. One way of correcting this is to use a suitable element, e.g. B. a switch in the area of the terminals. This can be used to switch to a smaller switching differential.