CH681912A5

CH681912A5 -

Info

Publication number: CH681912A5
Application number: CH1552/91A
Authority: CH
Inventors: Achim Burgdorf
Original assignee: Vaillant Gmbh
Priority date: 1990-06-01
Filing date: 1991-05-24
Publication date: 1993-06-15
Also published as: AT394909B; DE4117611C2; FR2662751B1; ATA120190A; NL9100949A; DE4117611A1; FR2662751A1; BE1005004A6

Description

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Beschreibung description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur kontinuierlichen Überwachung eines durch einen elektrisch angetriebenen und von einem Drehzahlregler gesteuerten Ventilator erzeugten variablen Luftstromes. The present invention relates to a device for the continuous monitoring of a variable air flow generated by an electrically driven fan controlled by a speed controller.

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 Schaltpunkt. Unterschreitet der 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. A known device for monitoring the air volume flow is based on the monitoring of the differential pressure caused by the flow at a measuring orifice by means of a pressure measuring cell with a fixed switching point. If the air flow falls below a fixed value, a switch contact in the pressure cell opens and switches the device off. Because of the fixed switching point, this method can only meet low accuracy requirements when monitoring volume flows with a variable setpoint.

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 veränderlichen Luftstromes kann eine solche zweistufige Überwachung immer noch zu ungenau sein. For the monitoring of an air flow variable in two stages, two pressure measuring cells with different switching points are therefore used in a known device. Such a two-stage monitoring can still be too imprecise to monitor a continuously changing air flow.

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. For the continuous monitoring of a continuously variable air flow, methods are known which are based on the hot wire anemometer principle. The anemometer provides a signal proportional to the air flow, so that a target-actual comparison is possible with every adjustable volume flow.

Nachteilig ist die Notwendigkeit relativ kleiner, empfindlicher Fühler, die in direktem Kontakt mit dem zu überwachenden Luftstrom stehen und damit der Gefahr der Verschmutzung und Korrosion ausgesetzt sind. A disadvantage is the need for relatively small, sensitive sensors which are in direct contact with the air flow to be monitored and are therefore exposed to the risk of contamination and corrosion.

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 an-gepasst wird, überwacht. Nachteilig hierbei ist, dass eine Verschlechterung des Luftweges während des drehzahlüberwachten Betriebes nicht bemerkt wird. A method is known which, in order to avoid the problems mentioned above, is a combination of air flow and speed monitoring. The air flow is monitored with a pressure cell above a certain fuel throughput. Below this throughput, the speed of the fan, which is adjusted to the fuel throughput by a control device, is monitored. The disadvantage here is that a deterioration in the airway during the speed-monitored operation is not noticed.

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. The aim of the invention is to propose a device of the type mentioned at the outset which is distinguished by a simple structure and also enables the actual air throughput to be recorded in the part-load range.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass eine Auswerteschaltung vorgesehen ist, die eingangsseitig 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 und ausgangsseitig den Drehzahlregler in Abhängigkeit von dem ein Mass für den Luftbedarf darstellenden Signal und dem errechneten Wirkungsgrad beeinflusst. According to the invention, this is achieved in that an evaluation circuit is provided which is connected on the input side to a pressure measuring cell with a fixed switching point arranged in the air flow, a speed sensor and a power meter which detects the power consumed by the drive of the fan, the evaluation circuit comprising a computer which consists of the on reaching the switching point of the pressure cell determined energy consumption of the drive of the fan calculates the efficiency of the fan, the evaluation circuit is acted upon on the input side by a signal representing a measure of the air requirement and on the output side the speed controller depending on the signal representing a measure of the air requirement and the calculated efficiency affects.

Durch diese Massnahmen ergibt sich ein sehr einfacher Aufbau der Einrichtung. These measures result in a very simple structure of the facility.

Es können Änderungen im Wirkungsgrad des Ventilators einfach erfasst und dadurch eine sehr genaue Einhaltung des erforderlichen Luftdurchsatzes erreicht werden. Changes in the efficiency of the fan can be easily recorded, thereby ensuring that the required air flow rate is maintained very precisely.

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. The power consumption of the fan drive is proportional to the product of efficiency, mechanical load and speed. If the efficiency is known, the mechanical load, i.e. the air flow rate, can be determined from the measured power and the speed.

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 ermitteln, und es können auf der Basis der jeweils jüngsten Werte des Wirkungsgrades Schwankungen beziehungsweise 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 belastender Betrieb vermieden wird. By determining the speed and the power consumption of the fan at the moment when a pressure cell switches due to a known air flow, the current efficiency of the fan can be determined, and fluctuations or aging effects of the fan can be recorded on the basis of the most recent efficiency values will. Assuming that the efficiency of the fan does not change in the short term and its speed dependency is known, the mass flow rate of the fan can therefore be calculated for each speed of the fan and the fuel supply can be switched off when the air volume required for the current fuel flow rate is undershot, so that a operation that is unnecessarily harmful to the environment is avoided.

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 Massedurchsatz und der aufgenommenen Leistung der Wirkungsgrad des Ventilators errechnet werden. The device according to the invention is used in such a way that the speed of the fan is increased until the pressure cell switches. At this point in time, the computer can calculate the efficiency of the fan from the speed, the mass throughput known from the switching of the pressure cell and the power consumed.

Dabei kann bei einer Heizeinrichtung mit einer die Brennstoffzufuhr zu einem Brenner steuernden Magnetventil und einer erfindungsgemässen Einrichtung weiter vorgesehen sein, dass die Auswerteschaltung ausgangsseitig die Freigabe des die Brennstoffzufuhr steuernden Magnetventiles steuert. In the case of a heating device with a solenoid valve controlling the fuel supply to a burner and a device according to the invention, it can further be provided that the evaluation circuit controls the release of the solenoid valve controlling the fuel supply on the output side.

Dadurch wird eine Vereinfachung der Steuerung einer Heizeinrichtung erreicht. This simplifies the control of a heating device.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing.

Dabei zeigen: Show:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemässen Einrichtung, 1 is a block diagram of a device according to the invention,

Fig. 2 schematisch ein mit einer erfindungsgemässen Steuerung versehenes Heizgerät und Fig. 2 shows schematically a heater provided with a control according to the invention and

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Auswerteschaltung. Fig. 3 is a block diagram of an evaluation circuit.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemässe Einrichtung, 1 shows the device according to the invention,

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die zur Steuerung 21 des Heizgerätes nach der Fig. 2 dient. which serves to control 21 of the heater according to FIG. 2.

Die Einrichtung nach der Fig. 1 weist eine Aus-werteschaltung 1 auf, die eingangsseitig mit einem Vorlauftemperaturregler 2 einer Heizungsanlage verbunden ist und einen Relaiskontakt 3 steuert, der bei entsprechend weit abgesunkener Vorlauftemperatur geschlossen wird und den Vorlauftemperaturregler 2 mit einem Gasfeuerungsautomaten 4 verbindet, der ein Gasmagnetventil 5 steuert. 1 has an evaluation circuit 1, which is connected on the input side to a flow temperature controller 2 of a heating system and controls a relay contact 3, which is closed when the flow temperature drops correspondingly far and connects the flow temperature controller 2 to a gas burner control 4, which controls a gas solenoid valve 5.

Der Vorlauftemperaturregler 2 ist mit einem Drehzahl-Soll-Wertgeber 6 verbunden, der auch mit einem Ausgang 41 der Auswerteschaltung 1 verbunden ist. Dieser Drehzahl-Soli-Wertgeber 6 ist weiter mit einem Drehzahlregler 7 verbunden, der seinerseits mit einem Drehzahlfühler 8 verbunden ist, der zum Beispiel durch einen Hallsensor gebildet sein kann. Dieser Drehzahlfühler 8 ist weiter mit der Auswerteschaltung 1 verbunden. The flow temperature controller 2 is connected to a speed setpoint generator 6, which is also connected to an output 41 of the evaluation circuit 1. This speed solenoid value transmitter 6 is also connected to a speed controller 7, which in turn is connected to a speed sensor 8, which can be formed, for example, by a Hall sensor. This speed sensor 8 is further connected to the evaluation circuit 1.

In der Anspeisung des Antriebes 9 des Ventilators 10 ist weiter ein Leistungsmesser 11 angeordnet, der ebenfalls mit der Auswerteschaltung 1 verbunden ist. Im Luftstrom des Ventilators 10, zum Beispiel in der Verbrennungsluftführung 20 des Heizgerätes nach der Fig. 2, ist eine Druckmessdose 12 angeordnet, die einen festen Schaltpunkt aufweist und die mit der Auswerteschaltung 1 verbunden ist. A power meter 11, which is also connected to the evaluation circuit 1, is further arranged in the feed of the drive 9 of the fan 10. In the air flow of the fan 10, for example in the combustion air duct 20 of the heater according to FIG. 2, a pressure measuring cell 12 is arranged, which has a fixed switching point and which is connected to the evaluation circuit 1.

Wird bei einer Wärmeanforderung des Vorlauftemperaturreglers 2 über den Gasfeuerungsautomaten 4 das Gasmagnetventil 5 geöffnet und damit auch der Ventilator 10 aktiviert, so wirM die Drehzahl des Ventilators 10 so lange hochgefahren, bis die Druckmessdose 12 schaltet. If the gas solenoid valve 5 is opened and the fan 10 is also activated when the flow temperature controller 2 is requested by the automatic burner control unit 4, the speed of the fan 10 is increased until the pressure cell 12 switches.

Da der Druck im Schaltpunkt festliegt und die Abmessungen des den Luftstrom führenden Kanales ebenfalls bekannt sind, lässt sich der Massendurchsatz ermitteln. Since the pressure at the switching point is fixed and the dimensions of the duct guiding the air flow are also known, the mass throughput can be determined.

Die Auswerteschaltung 1 umfasst einen Rechner, der aus der vom Leistungsmesser erfassten Leistung, der zum Schaltzeitpunkt der Druckmessdose 12 gegebenen Drehzahl des Ventilators 10 den Wirkungsgrad desselben errechnet. The evaluation circuit 1 comprises a computer which calculates the efficiency of the fan 10 from the power detected by the power meter, the speed of the fan 10 given at the time of switching of the pressure load cell 12.

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-Soll-Wertgeber 6 weiterleiten. During the operating time of the fan in the course of a cycle, a change in the efficiency, with the exception of the known changes caused by changes in the speed of the fan 10, can be excluded. From the efficiency determined for a known air throughput and the known profile as a function of the speed, the computer can now calculate the required speed of the fan for each requested air throughput and pass this value on to the speed setpoint value transmitter 6.

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. In this way, the required mass flow rate can always be regulated by simple speed control of the fan, whereby there is an adaptation to the aging of the fan and thus the decrease in its efficiency.

Wird der Soll-Wert unterschritten, so wird über den Relaiskontakt 3 die Versorgung des Gasma-gnetventiles 5 unterbrochen. If the value falls below the target value, the supply to the gas solenoid valve 5 is interrupted via the relay contact 3.

Die Fig. 2 zeigt einen Wasserheizer mit einem 2 shows a water heater with a

Brenner 13, der sich unterhalb eines Wärmetauschers 14 befindet, dessen Vorlauf mit 15 und dessen Rücklauf mit 16 bezeichnet sind. Burner 13, which is located below a heat exchanger 14, the flow of which is designated 15 and the return of which is designated 16.

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. At the top of the heat exchanger 14 there is an exhaust manifold 17 and an exhaust gas duct 18, in which the fan 10 is located, which also provides for the supply of the combustion air which flows in via the combustion air duct 20 enclosed by the housing 19 and which surrounds the exhaust duct 18.

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. The controller 21, the structure of which can be seen from FIG. 1, controls the drive 9 of the fan 10 via a control line 22 as a function of the fuel throughput to the burner 13. For this purpose, an actuator 23 controlling the fuel supply is via a control line 24 with the fuel throughput Constantly influencing valve 25 connected and connected to the controller 21 via a control line 26.

Ein übergeordnetes Magnetventil 5, das die Brennstoffzuführung 27 zum Brenner beherrscht, ist ebenfalls mit der Steuerung 21 verbunden. A superordinate solenoid valve 5, which controls the fuel supply 27 to the burner, is also connected to the controller 21.

In der Verbrennungsluftführung 20 ist weiter 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. In the combustion air duct 20, a measuring orifice 29 is further arranged, on the two sides of which measuring lines 28 are arranged, which lead to the pressure cell 12, which is connected to the control device 21 via the line 30.

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-Soll-Wertge-ber 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 Signales speichert und den gespeicherten Wert an den Rechner 36 liefert. The evaluation circuit according to FIG. 1 is shown in FIG. 3. If the flow temperature controller 2 registers a heat request, it delivers an input signal 37 to a sawtooth generator 35 of the evaluation circuit 1, which supplies an increasing output signal 41 to the speed setpoint generator 6, whereby the fan speed is steadily increased. When the pressure cell 12 switches, it supplies a signal 40 to a sample and hold circuit 32, which then stores the instantaneous value of a speed-proportional signal, which is also supplied, and delivers the stored value to the computer 36.

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-Schal-tung 44 gespeicherte, vom Leistungsmesser 11 kommende Eingangssignal 39 zugeführt. The speed-proportional signal is obtained by means of a frequency-voltage converter 31 from the input signal 38 of the speed sensor 8 and, in addition to the sample-and-hold circuit 32, is also fed directly to the computer 36. Furthermore, the computer 36 is supplied with the input signal 39 coming from the power meter 11 in the same way and at the same time, namely the switching of the pressure cell 12, in a further sample-and-hold circuit 44.

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 Kom-parator 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 The computer 36 calculates the efficiency of the fan 10 from the air throughput known for the switch-on point of the pressure measuring cell 12 and the power consumption and speed of the fan 10 measured in the process. From this efficiency and the current measured value of speed and power, a signal is formed for all current values, the known speed dependence of the efficiency of the fan 10 and its drive being taken into account by the computer 36 when it is formed. This signal formed is applied to a comparator 33 and is compared by this with the input signal 43, which represents a measure of the required power of the burner 13 and thus of the required air throughput. Is the signal

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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. 43 higher than the signal compared with it, the comparator 33 switches off the gas solenoid valve 5 and thus the fuel supply, possibly after an internal delay time, via the relay coil 34 acting on the relay contact 3.

Claims

1. Device for the continuous monitoring of a variable air flow generated by an electrically driven and controlled by a speed controller fan, characterized in that an evaluation circuit (1) is provided, the input side with a pressure sensor arranged in the air flow (12) with a fixed switching point, a speed sensor (8) and a power meter (11) which detects the power consumed by the drive (9) of the fan (10), the evaluation circuit (1) comprising a computer (36) which, when the switching point of the pressure cell (12 ) determined energy consumption of the drive (9) of the fan (10) calculates the efficiency of the fan (10), the evaluation circuit (1) being acted upon on the input side by a signal representing a measure of the air requirement and on the output side the speed controller (7) as a function of the signal representing a measure of the air requirement and the calculated Efficiency affects.

2. Heating device with a solenoid valve controlling the fuel supply to a burner and a device according to claim 1, characterized in that the evaluation circuit (1) on the output side controls the release of the solenoid valve controlling the fuel supply (5).

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