BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ansteuern einer brennstoffbeheizten Wärmequelle gemäss dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2 nebst einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 3.
Unter brennstoffbeheizter Wärmequelle ist hier jedwede Art von Kessel oder Umlaufwasserheizer zu verstehen, wobei als Beheizung ein Gas- oder Ölbrenner vorgesehen sein kann.
Nach dem Stand der Technik waren Kessel, die von einem atmosphärischen Gasbrenner beheizt waren, mit einem Magnetventil versehen, das entweder voll geöffnet wurde oder geschlossen wurde. Um beim Zünden des Gasbrenners eine übermässige Geräuschentwicklung aufgrund von Verpuffungen zu vermeiden, war hierbei eine Langsamzündung vorgesehen, wobei mit einer Teilleistung gezündet wurde und die Leistung anschliessend auf die Maximalleistung hochgefahren wurde. Solche Kessel haben jedoch den Nachteil einer schlechten Regelbarkeit, da hierbei nur ein Betrieb im Pulspausenverhältnis möglich war, um die Leistung unterhalb der Maximalleistung halten zu können.
Aus diesem Grunde haben sich bei neueren Geräten stetig verstellbare Gasventile durchgesetzt, denen auch ein Dauerbrand des Kessels in verminderter Leistung möglich war.
Hierbei ist aber das Zünden eines solchen Brenners nicht mehr ganz so einfach, da einerseits eine bestimmte Kesselminimumleistung nicht unterfahren werden darf, um ein sicheres Brennen des gesamten Brenners sicherzustellen, andererseits sollte diese Zündleistung nicht zu hoch gewählt werden, da man dann wieder in den Bereich höherer Geräuschentwicklung und Verpuffungserscheinungen hineinkommt.
Der vorliegenden Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ansteuern einer brennstoffbeheizten Wärmequelle anzugeben, bei der mit einer Zündleistung gezündet wird, die oberhalb einer Minimumleistung und unterhalb einer Maximumleistung der Wärmequelle liegt, und bei der sichergestellt wird, dass die Zündung ausschliesslich bei dieser Zündleistung erfolgt. Besonders stellt sich dieses Problem bei Störungen jedweder Art, sei es durch Netzausfall, einer Handabschaltung oder einer Störabschaltung, zum Beispiel aufgrund des Ansprechens eines Sicherheitstemperaturbegrenzers. Als Störungen können auch noch andere ungewollte oder unerwünschte Betriebszustände angesehen werden.
Die Lösung für die Aufgabe gelingt mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 bis 3.
Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figur der Zeichnung näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt eine Prinzipdarstellung der Steuerung einer brennstoffbeheizten Wärmequelle, insbesondere eines durch einen atmosphärischen Gasbrenner beheizten Gusskessels.
Von dem Kessel ist nur ein Brenner 1 dargestellt, der aus einer mit zwei Ventilen 2 und 3 versehenen Gasleitung 4 mit Brennstoff beheizt ist. Das Ventil 3 ist von einem Elektromagneten 5 beherrscht, der im nicht erregten Zustand das Ventil 3 geschlossen hält, im erregten Zustand dieses Ventil hingegen voll öffnet. Angesteuert wird der Elektromagnet 5 von einer Steuereinrichtung 6 über eine Stelleitung 7. Das Ventil 2 ist ein stetig verstellbares Proportionalventil und wird von einem Stellmotor 8 beherrscht, der es erlaubt, zwischen einer vorgebbaren Minimumleistung und einer ebenso vorgebbaren Maximumleistung jedwede Zwischenstellung einzustellen, so dass der Brenner 1 stabil zwischen der Minimumleistung und der Maximumleistung jede Zwischenleistung an den Wärmetauscher des Kessels abzugeben imstande ist.
Die Stellung des Ventils 2 beziehungsweise der das Ventil 2 betätigenden Stellwelle 9 ist von einer Nockenscheibe 10 überwacht, der zwei Kontakte 11 und 12 zugeordnet sind. Die Kontakte 11 und 12 sind Arbeitskontakte. Beide werden nur bei definierten Stellungen des Ventils 2 betätigt. So schliesst der Arbeitskontakt 12 nur bei einer Stellung des Ventils 2 entsprechend 50% Leistung. Dies ist als die vorgebbare Zündleistung anzusehen. Die Leistung muss nicht bei 50% liegen, man könnte sie in einem Bereich von 40 bis 60% der maximalen Brennerleistung ansiedeln. Der Kontakt 11 schliesst bei der Minimumleistung des Brenners 1, im vorliegenden Fall bei 30%. Auch diese Schwelle der Minimumleistung ist je nach der Bauart des Kessels variabel, man kann sie zwischen 20 und 40% ansetzen.
Der Arbeitskontakt 11 ist über eine Leitung an eine Betriebsspannungsquelle + UB angeschlossen. Auf der anderen Seite des Kontaktes 11 setzt sich die Leitung 13 fort und führt zu einem Rücksetzeingang einer bistabilen Kippstufe 14. Die Leitung 13 ist mit dem anderen Pol 15 der Betriebsspannungsquelle UB über einen Widerstand 16 verbunden.
Der Arbeitskontakt 12 liegt im Zuge einer Leitung 17, die einmal zu einem Verzweigungspunkt 18 und zum anderen zu einem weiteren Verzweigungspunkt 19 geführt ist. Vom Ver zweigungspunkt 18 führt eine mit einem Arbeitskontakt 20 versehene Leitung 21 zur Steuereinrichtung 6. Der Kontakt 20 gehört zu einem Relais 22, dessen Spule im Zuge einer Leitung 23 liegt, die den Verbindungspunkt 19 unter Zwischenschaltung eines Schalters 24 mit einer Netzklemme N verbindet. Bei dem Schalter 24 handelt es sich um einen Wärmebedarfsschalter. Hierunter kann ein Schalter für eine Regelabweichung der Vorlauftemperatur, ein Betriebsschalter oder ein Wärmeanforderungsschalter für das Aufladen eines Brauchwasserspeichers verstanden werden. Der Schalter 24 ist über eine Wirkverbindung 25 von der Steuereinrichtung 6 betätigbar.
An die Steuereinrichtung 6 sind über Leitungen 26 und 27 ein Sollwertgeber 28 und ein Istwertgeber 29 angeschaltet. Bei dem Sollwertgeber kann es sich um einen Vorlauftemperatur-Sollwertgeber für den Kessel in der Art einer Heizkurve oder dergleichen handeln, bei dem Istwertgeber 29 um einen Vorlauftemperaturfühler oder Speicherwasser Temperaturfühler. Aufgrund der Regelabweichung zwischen den Gliedern 28 und 29 wird über die Leitung 25 der Kontakt 24 betätigt.
Der Verzweigungspunkt 18 ist mit einem weiteren Verzweigungspunkt 30 über eine Leitung 31 verbunden. Der Verzweigungspunkt 30 liegt einmal an einem Netzleiter L und zum anderen über ein Relais-Arbeitskontakt 32 am Verzweigungspunkt 19. Dieser Relais-Arbeitskontakt 32 ist auch dem Relais 22 zugehörig. An die Verzweigungspunkte 30 und 19 ist im Zuge einer Leitung 33 der Diodenweg eines Optokopplers 34 in Serie mit einem Widerstand 35 angeschlossen.
Der Fototransistor des Optokopplers 34 liegt im Zuge einer Leitung 36, die über einen Widerstand 37 sowohl an den Kollektor des Optokopplers als auch über einen Widerstand 38 an + UB angeschlossen ist. Die dem Widerstand 37 abgewandte Seite der Leitung 36 führt über ein Negationsglied 39 zu ersten Eingängen eines NAND-Gliedes 40 und eines UND-Gliedes 41. Der zweite Eingang des NAND-Gliedes 40 ist von einer Leitung 42 gebildet, die über eine Verzweigung 43 einmal über einen Kondensator 44 an UB, zum anderen über einen Widerstand 45 an + UB angeschlossen ist. Der Ausgang 46 des NAND-Gliedes ist auf den Setzeingang der bistabilen Kippstufe 14 geschaltet, deren Ausgang 47 den anderen Eingang des UND-Gliedes 41 bildet. Ein Ausgang 48 des UND-Gliedes 41 ist auf die Steuereinrichtung 6 geschaltet.
Von der Steuereinrichtung 6 ist eine Zündelektrode 49 für den Brenner 1 über eine Leitung 50 angesteuert.
Mit der in der Figur dargestellten Schaltung ist folgende Funktionsweise erreichbar:
Es soll zunächst davon ausgegangen werden, dass der dem Kessel zugehörige Brenner 1 mit einer modulierten Leistung in Betrieb ist, die grösser ist als die Zündleistung und kleiner als die Maximalleistung oder gleichbedeutend mit der Maximalleistung ist, die beispielsweise für die Aufladung eines Brauchwasserspeichers benötigt wird.
Tritt in diesem Betriebszustand eine Störung ein, indem zum Beispiel die Spannung UB beziehungsweise L oder N wegfällt, sei es durch Netzausfall oder durch Netzabschaltung, oder würde ein zwischen dem Verzweigungspunkt 30 und dem L-Anschluss liegender Sicherheitstemperaturbegrenzer ansprechen oder würde der Brenner durch Abschalten eines Gasdruckwächters ausser Betrieb gehen oder träte eine andere Störung ein, so erlischt zunächst der Brenner 1, da das Magnetventil 3/5 von der Steuerung 6 zum Schliessen gebracht wird. Der Motor 8 bliebe in der gerade eingestellten Stellung stehen, das heisst, das Ventil 2 würde einen Öffnungsgrad beibehalten, der einer Leistung zwischen der Zündleistung und der Maximalleistung oder der Maximalleistung entsprechen würde. Ein erneutes Zünden des Brenners in dieser Leistungsstufe muss aus Sicherheits- beziehungsweise Geräuschgründen verhindert werden.
Aus diesem Grunde wird bei Wiederkehr der Spannung zwischen den Anschlüssen L und N infolge des offenen Kontakts 11 und des offenen Kontakts 12 das Relais 22 nicht erregt werden können, da der Kontakt 32 geöffnet ist. Aus diesem Grunde liegt aber im Zuge der Leitung 33 Stromfluss durch den Optokoppler 34 vor. Der Fototransistor wird erregt, womit die Leitung 36 auf UB-Potential geholt wird. Dieses Potential wird im Negationsweg 39 negiert, so dass im zugehörigen Eingang des UND-Gliedes 41 + UB Potential anliegt. Mit Netzwiederkehr liegt am Punkt 43 das Potential + UB an, was aber durch den Kondensator 44 im ersten Moment nicht auf den Eingang 42 durchgeschaltet wird. Das NAND-Glied 40 gibt demgemäss über die Leitung 46 an die bistabile Kippstufe + UB Potential, so dass die bistabile Kippstufe 14 gesetzt wird.
Damit liegt auch + UB Potential über die Leitung 47 am UND-Gleid 41 an, welches durchschaltet und der Steuerung 6 einen Einschaltbefehl liefert. Der Einschaltbefehl der Steuerung 6 führt über die Leitung 51 zu einem Betätigen des Motors 8 im Sinne eines Schliessens des Ventils 2. In dem Moment, in dem die Zündleistung erreicht wird, betätigt die Nockenscheibe 10 den Arbeitskontakt 12. Damit liegt ein Stromfluss infolge des nach wie vor geschlossenen Schalters 24 an der Spule des Relais 22 an, das Relais wird erregt und schliesst die Kontakte 32 und 20. Damit wird der Optokoppler 34 abgeschaltet und die Zündung des Brenners über die Elektrode 49 eingeleitet. Parallel hierzu wird über die Leitung 7 der Elektromagnet 5 erregt, so dass auch das Ventil 3 öffnet. Der Brenner 1 geht mit einer Wärmeleistung der Zündleistung in Betrieb.
Da aus dem vorangegangenen Betriebszustand eine Leistung angefordert wurde, die zwischen der Zündleistung und der maximalen Leistung oder bei der maximalen Leistung lag, wird aufgrund der Regelabweichung diese oder eine höhere Leistung angefahren.
Lag der letzte Betriebszustand hingegen bei einer Brennerleistung, die zwischen der Minimumleistung und der Zündleistung lag und trat danach der Störungsfall auf, so ist beziehungsweise bleibt der Schalter 24 geöffnet, und die beiden Kontakte 11 und 12 sind im Ruhestand. Das Flip-Flop 14 ist gesetzt gewesen. Aufgrund des Spannungsausfalls der Störung geht der Brenner ausser Betrieb, das Proportionalventil 2 bleibt in der eingestellten Leistungsstufe, das Ventil 3 hingegen schliesst. Kehrt nun die Spannung an den Punkten L und N wieder, so wird wiederum der Optokoppler 34 erregt, da das Relais 22 nicht anziehen kann. Auf dem bereits eben beschriebenen Wege bekommt die Steuerung 6 über das UND-Glied 41 Spannung, so dass der Motor 8 über die Leitung 51 wieder angesteuert wird.
In einer ersten Alternative wird der Motor in Öffnungsrichtung des Ventils 2 gedreht, bis die 50% Zündleistungsstufe wieder angefahren wird.
Damit geht der Brenner 1 in der vorhin beschriebenen Art und Weise in Betrieb. Anschliessend wird aufgrund der Regelabweichung der Brenner in seiner Leistung durch Schliessen des Ventils 2 zurückgefahren, um etwa die alte Leistungsstufe vor der Störung wieder anzufahren.
Gemäss einer zweiten Alternative kann der Motor in diesem Falle in Schliessrichtung gedreht werden, so dass er die Minimumöffnung des Ventils 2 erreicht. Anschliessend wird der Motor wieder in Öffnungsrichtung des Ventils 2 beaufschlagt, so dass die Zündung dann in Öffnungsrichtung des Ventils 2 bei der Zündleistung erreicht wird. Dann öffnet das Ventil 3 über Erregung des Elektromagneten 5, der Brenner geht in Betrieb, und die dann folgende Stellung des Ventils 2 hängt ausschliesslich von der Regelabweichung ab.
Wäre die Erfindung nicht vorgesehen, so könnte andernfalls der Brenner 1 dann nicht in Betrieb gehen, wenn die aufgrund der Regelabweichung geforderte Brennerleistung zwi schen der Maximumleistung und der Zündleistung liegen würde, da die Zündleistung aufgrund der Regelabweichung sonst nicht erreicht werden würde.
Mit der Erfindung ist es möglich, unabhängig von der gerade eingestellt gewesenen Leistung aufgrund eines vergangenen Betriebszustandes bei Störung des Brennerbetriebs, ausgehend von einem definierten Zustand, nämlich der festliegenden Zündleistung, ein definiertes und kontrolliertes Einschalten des Brenners zu ermöglichen und danach den Brenner auf die Leistungsabgabe zu fahren, die aufgrund der Regelabweichung notwendig ist.
DESCRIPTION
The present invention relates to a method for controlling a fuel-heated heat source in accordance with the preamble of claims 1 and 2 together with a device for carrying out this method in accordance with the preamble of claim 3.
Fuel-heated heat source is to be understood here to mean any type of boiler or circulating water heater, and a gas or oil burner can be provided as the heater.
In the prior art, boilers that were heated by an atmospheric gas burner were provided with a solenoid valve that was either fully opened or closed. In order to avoid excessive noise development due to deflagrations when the gas burner was ignited, slow ignition was provided here, with ignition being carried out with a partial output and the output subsequently being increased to the maximum output. However, such boilers have the disadvantage of poor controllability, since only pulse-pause operation was possible in order to keep the output below the maximum output.
For this reason, continuously adjustable gas valves have prevailed in newer devices, which also allowed the boiler to burn continuously with reduced output.
However, the ignition of such a burner is no longer so easy, since on the one hand a certain minimum boiler output must not be undercut to ensure safe burning of the entire burner, on the other hand this ignition power should not be selected too high, because then you are back in the area higher noise levels and deflagration.
The present invention is therefore based on the object of specifying a method and a device for actuating a fuel-heated heat source, in which ignition takes place with an ignition power which is above a minimum power and below a maximum power of the heat source, and in which it is ensured that the ignition takes place exclusively at this ignition power. This problem arises particularly with faults of any kind, whether due to a power failure, a manual shutdown or a fault shutdown, for example due to the response of a safety temperature limiter. Other unwanted or undesired operating states can also be regarded as faults.
The solution to the problem is achieved with the characterizing features of claims 1 to 3.
Further refinements and particularly advantageous developments of the invention will become apparent from the following description, which explains an embodiment of the invention with reference to the figure of the drawing.
The drawing shows a schematic diagram of the control of a fuel-heated heat source, in particular a cast iron boiler heated by an atmospheric gas burner.
Only one burner 1 of the boiler is shown, which is heated with fuel from a gas line 4 provided with two valves 2 and 3. The valve 3 is controlled by an electromagnet 5, which keeps the valve 3 closed in the non-excited state, but opens this valve fully in the excited state. The electromagnet 5 is controlled by a control device 6 via a control line 7. The valve 2 is a continuously adjustable proportional valve and is controlled by a servomotor 8, which makes it possible to set any intermediate position between a predeterminable minimum output and an equally predeterminable maximum output, so that the Burner 1 is capable of delivering any intermediate output to the boiler heat exchanger in a stable manner between the minimum output and the maximum output.
The position of the valve 2 or the actuating shaft 9 actuating the valve 2 is monitored by a cam disk 10, to which two contacts 11 and 12 are assigned. The contacts 11 and 12 are working contacts. Both are only actuated at defined positions of valve 2. The normally open contact 12 only closes when the valve 2 is in a position corresponding to 50% of the power. This can be seen as the predefinable ignition power. The output does not have to be 50%, it could be located in a range from 40 to 60% of the maximum burner output. The contact 11 closes at the minimum output of the burner 1, in the present case at 30%. This threshold of minimum output is also variable depending on the type of boiler, it can be set between 20 and 40%.
The normally open contact 11 is connected via a line to an operating voltage source + UB. On the other side of the contact 11, the line 13 continues and leads to a reset input of a bistable multivibrator 14. The line 13 is connected to the other pole 15 of the operating voltage source UB via a resistor 16.
The normally open contact 12 lies in the course of a line 17, which leads to a branching point 18 and to another branching point 19. From the Ver branching point 18 leads a line 21 provided with a normally open contact 20 to the control device 6. The contact 20 belongs to a relay 22, the coil of which lies in the course of a line 23 which connects the connection point 19 with the interposition of a switch 24 to a power terminal N. The switch 24 is a heat demand switch. This can be understood as a switch for a control deviation of the flow temperature, an operating switch or a heat request switch for charging a domestic hot water tank. The switch 24 can be actuated by the control device 6 via an operative connection 25.
A setpoint generator 28 and an actual value generator 29 are connected to the control device 6 via lines 26 and 27. The setpoint generator can be a flow temperature setpoint generator for the boiler in the manner of a heating curve or the like, and the actual value generator 29 can be a flow temperature sensor or storage water temperature sensor. Due to the control deviation between the links 28 and 29, the contact 24 is actuated via the line 25.
The branch point 18 is connected to a further branch point 30 via a line 31. The branching point 30 is on the one hand on a network conductor L and on the other hand via a relay normally open contact 32 on the branching point 19. This relay normally open contact 32 is also associated with the relay 22. The diode path of an optocoupler 34 is connected in series with a resistor 35 to the branching points 30 and 19 in the course of a line 33.
The phototransistor of the optocoupler 34 lies in the course of a line 36 which is connected via a resistor 37 both to the collector of the optocoupler and via a resistor 38 to + UB. The side of the line 36 facing away from the resistor 37 leads via a negation element 39 to the first inputs of a NAND element 40 and an AND element 41. The second input of the NAND element 40 is formed by a line 42, which has a branch 43 is connected to UB via a capacitor 44 and to UB via a resistor 45. The output 46 of the NAND gate is connected to the set input of the bistable multivibrator 14, the output 47 of which forms the other input of the AND gate 41. An output 48 of the AND gate 41 is connected to the control device 6.
An ignition electrode 49 for the burner 1 is controlled by the control device 6 via a line 50.
The following mode of operation can be achieved with the circuit shown in the figure:
It should initially be assumed that the burner 1 belonging to the boiler is in operation with a modulated output which is greater than the ignition output and smaller than the maximum output or equivalent to the maximum output which is required, for example, for charging a domestic hot water tank.
If a fault occurs in this operating state, for example if the voltage UB or L or N disappears, either due to a power failure or due to a mains shutdown, or would a safety temperature limiter located between branch point 30 and the L connection respond or the burner would switch off If the gas pressure switch goes out of operation or if another malfunction occurs, the burner 1 goes out first because the solenoid valve 3/5 is brought to a close by the control 6. The engine 8 would remain in the position just set, that is, the valve 2 would maintain an opening degree that would correspond to a power between the ignition power and the maximum power or the maximum power. A re-ignition of the burner at this power level must be prevented for safety or noise reasons.
For this reason, when the voltage between the terminals L and N returns as a result of the open contact 11 and the open contact 12, the relay 22 cannot be excited since the contact 32 is open. For this reason, however, current flows through the optocoupler 34 in the course of the line 33. The phototransistor is energized, bringing line 36 to UB potential. This potential is negated in the negation path 39, so that potential + is present in the associated input of the AND gate 41 + UB. When the power returns, the potential + UB is present at point 43, but this is not switched through to the input 42 by the capacitor 44 in the first moment. The NAND gate 40 accordingly gives the bistable multivibrator + UB potential via the line 46, so that the bistable multivibrator 14 is set.
This means that + UB potential is also present on the line 47 at the AND gate 41, which switches through and supplies the controller 6 with a switch-on command. The switch-on command from the controller 6 leads via line 51 to actuate the motor 8 in the sense of closing the valve 2. At the moment when the ignition power is reached, the cam disk 10 actuates the make contact 12. This results in a current flow due to the as before closed switch 24 on the coil of the relay 22, the relay is energized and closes the contacts 32 and 20. Thus, the optocoupler 34 is switched off and the ignition of the burner is initiated via the electrode 49. In parallel, the electromagnet 5 is excited via the line 7, so that the valve 3 also opens. The burner 1 goes into operation with a thermal power of the ignition power.
Since a power was requested from the previous operating state that was between the ignition power and the maximum power or at the maximum power, this or a higher power is approached due to the control deviation.
However, if the last operating state was at a burner output that was between the minimum output and the ignition output and the fault occurred afterwards, the switch 24 is or remains open and the two contacts 11 and 12 are in the idle state. The flip-flop 14 has been set. Due to the power failure of the fault, the burner goes out of operation, the proportional valve 2 remains in the set power level, while valve 3 closes. If the voltage at points L and N returns, the optocoupler 34 is excited again because the relay 22 cannot pick up. In the way already described, the controller 6 receives voltage via the AND gate 41, so that the motor 8 is activated again via the line 51.
In a first alternative, the engine is rotated in the opening direction of valve 2 until the 50% ignition power level is restarted.
The burner 1 thus goes into operation in the manner described above. Then, due to the control deviation, the burner's output is reduced by closing valve 2, in order to return to the old power level before the fault.
According to a second alternative, the motor can be rotated in the closing direction in this case so that it reaches the minimum opening of the valve 2. The engine is then acted upon again in the opening direction of the valve 2, so that the ignition is then achieved in the opening direction of the valve 2 at the ignition power. Then the valve 3 opens by energizing the electromagnet 5, the burner goes into operation, and the subsequent position of the valve 2 depends exclusively on the control deviation.
If the invention were not provided, the burner 1 could not then go into operation if the burner output required due to the control deviation would lie between the maximum output and the ignition output, since the ignition output would otherwise not be achieved due to the control deviation.
With the invention it is possible, regardless of the power that has just been set due to a past operating state in the event of a malfunction in the burner operation, to enable a defined and controlled switching on of the burner on the basis of a defined state, namely the fixed ignition power, and then to switch the burner to the power output to drive, which is necessary due to the control deviation.