DE2202095B1

DE2202095B1 - Umlaufwasserheizer

Info

Publication number: DE2202095B1
Application number: DE2202095A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Joh Vaillant GmbH and Co
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 1972-01-18
Filing date: 1972-01-18
Publication date: 1973-07-05

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Umlaufwasserheizer mit einem Erhitzer, einer Umlaufpumpe, einem Wärmetauscher für Gebrauchswasserbereitung und einem Regler, dessen Stellgröße der Durchfluß von Umlaufwasser durch den Wärmetauscher ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem solchen bekannten Umlaufwasserheizer mit Gebrauchswasserbereitung die Auslauftemperatur des Gebrauchswassers zu regeln.

Die genaue Regelung der Auslauftemperatur des Gebrauchswassers bietet wegen der ziemlich großen Trägheit des Systems erhebliche Schwierigkeiten.

Bei Gasdurchlauferhitzern wird versucht, eine konstante, einstellbare Auslauftemperatur dadurch anzunähern, daß man die die Auslauftemperatur beeinflussenden Größen, nämlich Wassermenge und Gasmenge, durch Regler konstant hält. Die Regler sind dabei übliche mechanische Regler, bei denen ein von der Durchflußmenge abhängiger Differenzdruck auf einen Schwimmer bzw. eine Membran wirkt und durch die Bewegung des Schwimmers oder der Membran eine Drosselöffnung veränderbar ist. Durch einen »Temperaturwähler« wird der Sollwert des Wassermengenreglers verändert, und zwar durch mehr oder weniger weites öffnen eines Parallelkanals zu der Drosselstelle, an welcher der auf die Membran wirkende Differenzdruck erzeugt wird. Bei diesen bekannten Einrichtungen werden zwar Einflußgrößen geregelt, welche die Auslauftemperatur des Wassers beeinflussen. Es erfolgt jedoch keine Regelung der Auslauftemperatur selbst, also keine Messung der Auslauftemperatur mit einem Eingriff, welcher diese gemessene Temperatur auf einem konstanten Wert hält. Es bleiben auch Störgrößen unberücksichtigt, wie die Temperatur des zulaufenden Kaltwassers oder der Heizwert des Gases, so daß die Temperatur des auslaufenden Wassers bei vorgegebener Einstellung des

^Jo Temperaturwählers in relativ weiten Grenzen schwanken kann.

Es sind Umlaufwasserheizer bekannt, die mit einem Erhitzer und einer Umlaufpumpe einen Umlauf von warmem Wasser in einem Zentralheizungssystem bewirken. Es ist bekannt, bei solchen Umlaufwasserheizern einen Wärmetauscher vorzusehen, in welchem das erhitzte Umlaufwasser Wärme an Gebrauchswasser abgibt. Es handelt sich dabei praktisch um einen von dem Umlaufwasser durchflossenen Behälter, in welchem eine von dem Gebrauchswasser durchflossene Rohrschlange angeordnet ist. Diese Rohrschlange ist einerseits an eine Kaltwasserzuleitung angeschlossen und führt andererseits zu einem Zapfhahn. Es ist bekannt, die Menge des durch den Behälter strömenden Umlaufwassers in Abhängigkeit von der Temperatur des aus dem Behälter zum Erhitzer zurückströmenden Umlaufwassers einzustellen. Es ist weiterhin bekannt, die Temperatur des Umlaufwassers zu regeln. Bei einem gasbeheizten Umlaufwasserheizer ist beispielsweise zu diesem Zweck ein Vorlaufthermostat vorgesehen, durch den die Gaszufuhr zum Brenner des Erhitzers ein- und ausschaltbar ist. Die Aiislauftemperatur des Gebrauchswassers hängt dabei jedoch von verschiedenen Faktoren, insbesondere der Temperatur des zulaufenden Kaltwassers und der Zapfmenge, ab, und es ist Aufgabe der Erfindung, diese Einflußgrößen zu erfassen und zu berücksichtigen.

Eine Regelung der Auslauftemperatur des Gebrauchswassers bei einem Umlaufwasserheizer der eingangs erwähnten Art wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Regler von der Auslauftemperatur des Gebrauchswassers als Regelgröße und von der Zapfmenge des Gebrauchswassers als aufgeschalteter Störgröße beaufschlagt ist.

Vorteilhafterweise ist ein zweiter Regler vorgesehen, dessen Regelgröße die Temperatur des Umlaufwassers und dessen Stellgröße die Heizenergiezufuhr ist.

Es hat sich gezeigt, daß mit dieser Art der Regelung die Auslauftemperatur in befriedigender Weise geregelt werden kann. Es ist durch den zweiten Regler für eine konstante Temperatur des Umlaufwassers gesorgt. Das kann in relativ einfacher Weise, z. B. mittels eines Zweipunktreglers, geschehen. Als Stellgröße für die Auslauf temperaturregelung dient dann die durch den Wärmetauscher fließende Umlaufwassermenge bei der konstanten Temperatur des Umlaufwassers.

Eine Veränderung dieser Umlaufwassermenge ist mit relativ geringer Zeitverzögerung möglich, im Gegensatz z. B. zu einer Regelung über die Heizenergiezufuhr zum Erhitzer. Dabei wird die durch den Wärmetauscher fließende Umlaufwassermenge einmal direkt in Abhängigkeit von der Zapfmenge des Ge-

6s brauchswassers verändert. Bei einer Veränderung der Zapfmenge wird die Umlaufwassermenge verändert, ohne zunächst abzuwarten, daß sich durch die Veränderung der Zapfmenge die Auslauftemperatur verän-

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dert. Der zweite Regler ist aber außerdem von der rung der durch den Wärmetauscher 16 fließenden

Auslauftemperatur als Regelgröße beaufschlagt, so Umlaufwassermenge einsteuert, wobei entsprechend

daß tatsächlich eine echte Regelung der Auslauf tem- weniger Wasser über die Überbrückungsleitung 18

peratur stattfindet. fließt. Damit wird der stärkeren Abkühlung des Um-

Das kann in der Weise geschehen, daß durch den 5 laufwassers im Wärmetauscher 16 durch die Rohr-Regler ein Stellventil für das Umlaufwasser in Abhän- schlange 28 vorgebeugt und sichergestellt, daß das gegigkeit von der Zapfmenge mit P-Verhalten und in zapfte Gebrauchswasser nach Durchfließen der Abhängigkeit von der Regelabweichung der Aus- Rohrschlange 28 schon wenigstens annähernd die gelauftemperatur mit PI- Verhalten und ein Stellventil wünschte Auslauf temperatur hat. Verbleibende Abfür die Heizenergiezufuhr zum Erhitzer in Abhängig- »° weichungen von dem Sollwert, die beispielsweise keit von der Zapf menge mit PD- Verhalten und in Ab- durch Schwankungen der Kaltwassertemperatur herhängigkeit von der Regelabweichung der Auslauf- vorgerufen sein können, werden durch zusätzliche temperatur mit P/-Verhalten verstellbar ist. Beaufschlagung des Reglers 38 mit der Auslauftem-

Wenn ein zweiter Regler für die Umlaufwassertem- peratur selbst durch den Wärmefühler 36 ebenfalls

peratur vorgesehen ist, kann auch der erste Regler »5 herausgeregelt.

eine Führungsgröße für den zweiten Regler propor- Fig. 2 zeigt als Blockschaltbild des Regelkreises

tional zu der Zapfmenge liefern. eine abgewandelte Ausführungsform. Mit 40 ist die

Die Erfindung ist nachstehend an Ausführungsbei- Regelstrecke bezeichnet, entsprechend in Fig. 1 dem spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher Wärmetauscher 16 mit der Rohrschlange 28. Die Reerläutert. Es zeigt a° gelgröße χ entspricht der Auslauftemperatur T_B2. Die

F i g. 1 schematisch ein erstes, bevorzugtes Ausfüh- Regelstrecke 40 wird von einer Störgröße ζ in Form

rungsbeispiel der Erfindung, der Zapf menge Q₈ beeinflußt. Als Stellgrößen yl und

Fig. 2 als Blockschaltbild des Regelkreises eine y2 wirken bei der Ausführungsform nach Fig. 2 einAbwandlung der Ausführungsform von Fig. 1, mal die Umlaufwassertemperatur T_A1 und die Um-

Fig. 3 als Blockschaltbild des Regelkreises eine »5 laufwassermenge Q_A. Die Stellgröße vl CT₄₁) wird

weitere Ausführungsform der Erfindung. durch den Erhitzer 10 über die Heizenergiezufuhr Q_G,

Mit 10 ist ein Erhitzer bezeichnet, beispielsweise z.B. die dem Brenner zugeführte Gasmenge, beein-

ein gasbeheizter Durchlauferhitzer. Der Erhitzer liegt flußt, die wiederum von einem Stellventil 26 bestimmt

in einem Umlaufkreis mit einem dem Erhitzer nach- wird. Die Umlaufwassermenge Q_A, die durch den

geschalteten Speicher 12, und einem Stellventil 14, 3» Wärmetauscher 16 fließt, wird durch ein Stellventil

welches das Umlaufwasser teils durch einen Wärme- 14 bestimmt.

tauscher 16 für die Gebrauchswasserbereitung und An einem Temperaturwähler 42 wird eine ge-

teils auf eine Überbrückungsleitung 18 gibt. wünschte Temperatur T_soU vorgegeben und bei 44 mit

Die beiden Zweige 16 und 18 vereinigen sich dann der Ist-Temperatur T_B1 verglichen. Das Differenzsi-

wieder und führen zur Saugseite einer Umlaufpumpe 35 gnal, welches der Regelabweichung x_w entspricht,

20, die das Umlaufwasser wieder zu dem Erhitzer 10 wird auf den Regler 38 geschaltet. Auf den Regler

fördert. Der Speicher 12 kann gegebenenfalls von dem 38 wird außerdem die Störgröße z, nämlich die Zapf-

Wasservolumen der Erhitzerrohrschlangen gebildet menge Q_B, gegeben.

werden. Zwischen dem Speicher 12 und dem Stellven- Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, überträgt der Regler

til 14 ist ein Temperaturfühler 22 vorgesehen, der ein 40 das Regelabweichungssignal x_w mit P/-Verhalten und

Temperatursignal auf einen Regler 24 gibt. Der Reg- die Störgröße ζ mit P-Verhalten. Die Ausgangssi-

ler 24 steuert ein Gas-Stellventil 26, durch welches gnale werden bei 46 addiert und beaufschlagen das

die Gaszufuhr zum Erhitzer 10 steuerbar ist. Es ist Stellventil 14 für die Umlaufwassermenge Q_A.

also ein Regelkreis vorgesehen, wobei die von dem Das Stellventil 26 ist von einem PD-Regler 24 ge-

Fühler 22 gemessene Temperatur des Umlaufwassers 45 steuert, dessen Eingang von der Stellgröße yl, also

die Regelgröße und die Heizenergiezufuhr, im vorlie- der Umlauf wassertemperatur T₄₁, beaufschlagt ist.

genden Falle die Gaszufuhr, zum Erhitzer die Stell- Das ist ein geschlossener Regelkreis, der, bezogen auf

größe darstellt. Durch diesen ersten Regelkreis wird die Regelstrecke 40, eine Rückführung darstellt,

ein Umlauf einer konstanten Umlaufwassermenge bei Dieses Blockschaltbild entspricht bisher im wesent-

konstanter Temperatur gewährleistet. 5» liehen der Ausführung von Fig. 1. Es wird bei der

Der Wärmetauscher 16 enthält eine Rohrschlange Ausführung nach F i g. 2 nun zusätzlich von dem Reg-28, die einerseits zu einem Kaltwasseränschluß 30 und ler 38 die Störgröße ζ (Zapf menge Q_B) proportional andererseits zu einem Zapfhahn 32 geführt ist. Auf übertragen und bei 48 als Führungsgröße auf den der Einlaufseite ist vor der Rohrschlange 28 ein Regler 24 geschaltet. Der Regler 24 ist also von der Durchflußmesser 34 vorgesehen, der die Zapfmenge 55 Differenz einer durch die Störgröße ζ bestimmten mißt. An der Auslaufseite der Rohrschlange 28 ist Solltemperatur T_Asoll und der tatsächlichen Umlaufein Wärmefühler 36 angeordnet, der zur Messung der wassertemperatur T_{A l} beaufschlagt.
Auslauftemperatur dient. Die von dem Durchfluß- Der D-Einfluß im Verstärker des T_A ,-Regelkreises messer 34 und dem Wärmefühler 36 gelieferten Meß- bewirkt dabei eine sehr schnelle Gasventilverstellung werte beaufschlagen einen Regler 38, und zwar der 60 bei schnellen Qg-Änderungen. Die P/-Ubertragung Zapfmengen-Meßwert von dem Durchflußmesser 34 der Regelabweichung x_w im Verstärker 38 bewirkt, als aufgeschaltete Störgröße und die Auslauftempera- daß im stationären Zustand die Regelabweichung tür des Wärmefühlers 36 als Regelgröße. Der Regler vollständig zu null gemacht werden kann.
38 betätigt das Stellventil 14. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 werden

Bei einer Änderung der Zapfmenge, z. B. durch 65 durch den Regler 38 die Stellgrößen yl (Umlaufwas-

öffnen des Zapfhahnes 32, wird von dem Durchfluß- sertemperatur T_A ,) und yl (Umlaufwassermenge Q_A)

messer 34 unmittelbar ein Signal auf den Regler 38 parallel zueinander von dem Regelabweichungssignal

gegeben, der über das Stellventil 14 eine Vergröße- x_w und dem Störsignal ζ (Q_B) beeinflußt.

Der Regler 38 überträgt das Regelabweichungssi- gnal x_w mit PI-Verhalten und das Störgrößensignal ζ in dem einen Kanal mit P-Verhalten. Die entspre chenden Ausgangssignale werden bei 50 addiert und über einen Verstärker 52 auf das Stellventil für die durch den Wärmetauscher fließende Umlaufwassermenge geschaltet. Das mit P/-Verhalten übertragene Regelabweichungssignal wird bei 54 mit einem von der Störgröße ζ abgeleiteten, mit PD-Verhalten übertragenen Ausgangssignal des Reglers addiert und auf das Stellventil 26 für die Gaszufuhr zum Brenner des Erhitzers 10 geschaltet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Umlaufwasserheizer mit einem Erhitzer, einer Umlaufpumpe, einem Wärmetauscher für Gebrauchswasserbereitung und einem Regler, dessen Stellgröße der Durchfluß von Umlaufwasser durch den Wärmetauscher ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (38) von der Auslauftemperatur (Tg₂) des Gebrauchswassers als Regelgröße (x) und von der Zapf menge (Q_B) des Gebrauchswassers als aufgeschalteter Störgröße (z) beaufschlagt ist.

2. Umlaufwasserheizer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Regler (24) vorgesehen ist, dessen Regelgröße die Temperatur (T]₄₁) des Umlaufwassers und dessen Stellgröße die Heizenergiezufuhr (Q_G) ist.

3. Umlaufwasserheizer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Regler (38) ein Stellventil (14) für das Umlaufwasser in Abhängigkeit von der Zapf menge (Q_B) mit P-Verhalten und in Abhängigkeit von der Regelabweichung (x_w) der Auslauftemperatur (T_B2) mit P/-Verhalten, und ein Stellventil (26) für die Heizenergiezufuhr (ß_G) zum Erhitzer (10) in Abhängigkeit von der Zapf menge (Q_B) mit PD- Verhalten und in Abhängigkeit von der Regelabweichung (x_w) der Auslauf temperatur (T_B2) mit P/-Verhalten verstellbar ist.

4. Umlaufwasserheizer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Regler (38) eine Führungsgröße (T_Asoll) für den zweiten Regler (24) proportional zu der Zapfmenge (Q_B) liefert.