DE2217148A1

DE2217148A1 - Temperatur-regeleinrichtung fuer insbesondere gasbeheizte umlaufwassererhitzer

Info

Publication number: DE2217148A1
Application number: DE2217148A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Sauer; Erwin Witzki
Original assignee: Junkers and Co GmbH
Current assignee: Junkers and Co GmbH
Priority date: 1972-04-10
Filing date: 1972-04-10
Publication date: 1973-10-18
Also published as: FR2179871B3; FR2179871A1; NL7304916A; JPS498844A

Description

Junkers 622 7.April 1972 PLI 1-Ki/Vo

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JUNKERS & CO. GMBH, in V/ernau/Neckar

Temperatur-Regeleinrichtung für insbesondere gasbeheizte Umlaufwassererhitzer

Die Erfindung bezieht sich auf Temperatur-Regeleinrichtungen für vorzugsweise gasbeheizte Umlaufwassererhitzer, die einen vom Umlaufwasser durchströmten Wärmetauscher für Brauchwasserbereitung und einen Regler für die Brauchwasser-Auslauftemperatur haben, dessen Verhalten mindestens im mittleren Leistungsbereich proportional der von einem Sollwertgeber und einem Istwertgeber ermittelten Regelabweichung ist.

Bei derartigen Einrichtungen ist man bestrebt, die Regelabweichungen der Brauchwasser-Auslauftemperatur möglichst klein zu halten. Das lässt sich bei Reglern mit Proportionalverhalten dadurch erreichen, dass man einen grossen Übertragungsbeiwert des Reglers wählt. Der Übertragungsbeiwert stellt das Verhältnis der zugeführten Leistung zur Regelabweichung dar. Dieser Beiwert kann jedoch nicht beliebig gross gewählt werden, weil Umlaufwassererhitzer verhältnismässig grosse Verzugs- und Ausgleichszeiten haben und ihr Regelsystem insbesondere im Bereich mittlerer V.'asser-Auslaufmengen*bei grossem Übertragungsbeiwe; ΐ zu Eigenschwingungen neigt.

* bzw. Leistungen ' - 2 -

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zug-runde, Temperatur-Regeleinrichtungen der eingangs genannten Art so auszubilden, dass ..öglichst kleine Regelabweichungen gewählt werden können, ohne dass Eigenschwingungen auftreten und ohne dass die unvermeidlichen Ein- und Überschwingungsvorgänge das Arbeiten des Reglers beeinträchtigen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass dem Hegler ausser den Sollwertgeber und dem Istwertgeber für die Brauchwasser-Auslauftemperatur ein die Temperatur des Umlaufwassers erfassender dritter Messwertgeber zugeordnet ist, derart , dass dieser das vom Sollwertgeber und dem Istwertgeber gebildete Eingangssignal mindestens im oberen Leistungsbereich im Sinne einer Verringerung der bleibenden Sollwertabweichung der l.'asser-Auslauf temperatur korrigiert.

Dadurch ist erreicht, dass mindestens im Regelbereich der grossen Leistungen die bleibende Sollwertabweichung der Auslauftemperatur merklich verringert werden kann, ohne dass die Regelkennlinie im mittleren Leistungsbereich steiler gewählt werden müsste und dadurch die Neigung des Regelsystems zu Eigenschwingungen in unerwünschter V/eise erhöht würde.

In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Regeleinrichtung für einen gasbeheizten Umlaufwassererhitzer mit Brauchwaaserbereiter dargestellt. Es zeigen:

Pig. 1 eine schematische Darstellung des Regelkreislaufs, Fig. 2 die Regelkennlinie des Regelkreislaufs nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Teil der elektrischen Schaltung des Regelkreislaufs nach Fig. 1,

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Pig. 4 verschiedene Varianten des -Schal tungsteils nach Fig. 3 bis lind
Pig. 7

Pig. 8 die Schaltung und die Regelstrecke des Regelkreislaufs nach Pig. 1.

Der Regelkreislauf nach Pig. 1 hat eine proportionale Regeleinrichtung 10, welche die Brauchwasser-Auslauftemperatur des Umlaufwassererhitzers innerhalb eines bestimmten Wasserinengenbereichs auf einen von einem Sollwertgeber vorgewählten Wert einregelt. Der Umlaufwassererhitzer hat einen von den heissen Brenngasen beaufschlagten Wärmeübertrager 11, von welchem eine Vorlaufleitung 12 über ein Dreiwegeventil 13 zu den nicht dargestellten Heizkörpern einer Heizungsanlage führt. Von dort geht eine Rücklaufleitung 14 über einen Anschlusspunkt 15 zum Wärmeübertrager 11 zurück. An das Dreiwegeventil 13 ist eine Leitung 16 angeschlossen, die über einen zweiten Wärmetauscher 17 zum Anschlusspunkt 15 führt. Der Wärmetauscher 17 hat ein Gefäss 18, das an die Leitung 16 angeschlossen ist und in welchem sich eine.Rohrschlange 19 erstreckt. An das eine Ende der Rohrschlange 1 9 ist eine Kaltwasser-Zulaufleitung 20 angeschlossen, während das andere Rohrschlangenende _süber eine Brauchwasser-Auslaufleitung 21 mit nicht dargestellten Zapfhähnen verbunden ist.

An der Brauchwasser-Auslaufleitung 21 ist ein temperaturabhängiger Widerstand 24 mit negativem Temperaturbeiwert angebracht, der den Istwert Ar der Temperatur des erwärmten Brauchwassers erfasst. An der Vorlaufleitung 12 des Umlaufwassers ist zwischen Wärmeübertrager 11 und Dreiwegeventil 13 ein temperaturabhängiger Widerstand 25 mit einem positiven Temperaturbeiwert befestigt, welcher den Istwert der Vorlauftemperatur ΛΓ- des Umlaufwassers erfasst. Als Sollwertgeber für die Brauchwasser-Auslauftemperatur ist ein Potentiometer 26 vorgesehen, das an einer passenden Stelle des Umlaufwassererhitzers angeordnet ist und dessen Ein-

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stellglied eine Teir.peraturskala für- die gewünschte Auslauftemperatur des Brauchwassers zugeordnet ist.

Die Eingangsgrösse der Regeleinrichtung 10 ist die Regelabweichung λλΓ, die durch einen Sollwert-Istwertvergleich der Brauchwasser-Auslauftemperatur ermittelt wird und über den Messwertgeber 25 an der Vorlaufleitung 12 eine Korrektur erfährt, die nachstehend anhand des Schaubilds nach Fig. 2 beschrieben ist. Die Stellgrösse y der Regeleinrichtung 10, das Produkt aus dem tjbertragungsbeiwert K_R und der Regelabweichung λ λΓ , wird auf das Stellglied 28 gegeben, das die Gasmenge beeinflusst, welche die vom Wärmeübertrager 11 abgegebene Leistung bestimmt. Diese Leistung beeinflusst die Temperatur des Uinlaufwassers in der Vorlaufleitung 12, das beim Zapfen von Brauchwasser über das Dreiwegeventil 13 auch in den V.'ärmetauscher 17 gelangt und dort das durch die Rohrschlange 19 durchlaufende Brauchwasser erwärmt. Durch die damit verbundene Beeinflussung der Messwertgeber 24 und 25 wird der Regelkreis geschlossen.

Pig. 2 zeigt die Regelkennlinie der proportionalen Regeleinrichtung 10, welche die Abhängigkeit der Auslauf temperatur 'aT* von der abgeführten Leistung Q veranschaulicht. Der Leistungsbereich erstreckt sich von einer kleinsten Leistung Q₁ bis zu einer grössten Leistung Qp. Die Regeleinrichtung ist so ausgelegt, dass bei einer mittleren Leistung Q-, das auslaufende Wasser gerade die am Potentiometer 26 eingestellte Solltemperatur λΓ hat. Ohne Aufschaltung der vom Messwertgeber 25 erfassten Vorlauftemperatur λΤ zeigt die Regelkennlinie proportionales Verhalten entsprechend dem voll ausgezogenen Verlauf, bei dem sich über der grössten bzw. kleinsten abgeführten Leistung eine bleibende Sollwertabweichung δ £""? bzw. α ΛΓ^ ergibt.

Diese bleibende Sollwertabweichung soll nun zumindestens im Bereich der grossen Leistungen (Zapfmengen) möglichst klein gehalten werden. Das kann durch entsprechende Wahl der Regel-

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glieder dadurch geschehen, dass die· Regelkennlinie insgesamt steiler verläuft, der Übertragungsbeiwert K~. des Reglers also grosser wird. Damit ist jedoch der Nachteil verbunden, dass die Regeleinrichtung im Bereich mittlerer Leistungen ein unstabiles Verhalten zeigen und das System zu Eigenschwingungen angeregt werden könnte. Diese Nachteile treten insbesondere im mittleren Leistungsbereich auf, weil hier die Temperaturänderungsgeschwindigkeiten für die Aufheizung und für die Abkühlung gross sind.

Um die geschilderten Nachteile zu vermeiden, ist gemäss der vorliegenden Erfindung die Regelkennlinie nur im oberen Leistungsbereich mit einem steileren, überproportionalen Ast 32 versehen, während ira mittleren und unteren Leistungsbereich die Regelkennlinie ihre normale Steigung beibehält, bei welcher das Regelsystem ein stabiles Verhalten hat. Das wird durch die Aufschaltung der Vorlauftemperatur <fc-, auf die Brauchwassertemperatur λΓ. ■ durch eine der nachstehend in den Fig. 3 bis 7 gezeigten Schaltmassnahmen erreicht. Wie die Kennlinie 32 zeigt, lässt sich dadurch bei maximaler Leistung eine merkliche Verringerung der bleibenden Sollwertabweichung auf den Wert A/v~p' erreichen.

!lach Fig. 3 kann der Messwertgeber 25 ein PTC-Widerstand sein, der mit dem Potentiometer 26 und dem als NTC-Widerstand ausgebildeten Istwertgeber 24 der Auslauftemperatur einen Spannungsteiler bildet, dessen mit'dem Kontaktarm des Potentiometers verbundener Mittelabgriff 34 das Eingangssignal für die Regeleinrichtung 10 liefert. Als Regeleinrichtung kann vorteilhaft ein Impulsgenerator Verwendung finden, dessen Impulse auf ein die Gaszufuhr zum Brenner des Umlaufwassererhitzers steuerndes Ventil gegeben werden.

Nach Fig. 4 kann der Messwertgeber 25 auch als NTC-Widerstand ausgebildet und so mit dem Messwertgeber 24 und dessen Potentiometer 26 in einer Spannungsteilerschaltung angeordnet sein, dass

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der Mittelabgriff 35 zwischen den beiden Hesswertgebern 24 und 25 liegt.

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Fig. 5 zeigt eine weitere Variante einer Spannungsteilerschaltung, bei welcher der Messwertgeber 25 wiederum als PTC-Widerstand ausgeführt ist.

Fig. 6 zeigt eine Möglichkeit, die beiden als NTC-Widerstände ausgebildeten Istwertgeber 24 und 25 in einer ersten Spannungsteilerschaltung und das Potentiometer 26 nit einem Widerstand in einer zweiten Spannungsteilerschaltung anzuordnen und das Eingangssignal A λ? des Reglers 10 durch die Potentialdifferenz der beiden Mittelabgriffe der Spannungsteiler zu bilden. In Fig. 7 ist eine ähnliche Schaltung dargestellt, bei v/elcher jedoch der Kesswertgeber 25 ein PTC-Widerstand ist und in Reihe mit den Potentiometer 26 geschaltet den zweiten Spannungsteiler bildet.

Die Regeleinrichtung 10 nach Fig. 1 kann nach Fig. 0 vorteilhaft ein Impulsgenerator 40 sein, der von Hetz über einen Transfornator 41 und einen Gleichrichter/gespeist ist und dessen Eingang z.B. mit der. Hittelabgriff 34 der Schaltung nach Fig. 3 verbunden ist. Der Ausgang des Impulsgenerators 40 ist mit dem einen Ende der Wicklung 43 eines Magnetventiles 44 verbunden, dessen anderes Wicklungsende an den einen Pol des Gleichrichters 42 angeschlossen ist. Das Magnetventil 44 überwacht eine Leitung 45, welche die beiden Kammern 46 und 47 einer Wassermangelsicherung 48 miteinander verbindet, von denen die eine an die Druckseite und die andere an die Saugseite einer Umwälzpumpe 49 im Umlaufwasserkreis angeschlossen ist.

Die Wassermangelsicherung 48 arbeitet in bekannter Weise mit einem Gasventil 50 des Umlaufwassererhitzers zusammen. Bei

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laufender Umwälzpumpe 49 wird in den beiden Kannern der Wassermangelsicherung 48 eine Druckdifferenz erzeugt, durch welche eine Membran 51 zwischen den Kammern verschoben und dadurch das Gasventil geöffnet wird. Das Magnetventil 44 wird je nach Wärmeanforderung mit einer bestimmten Impulsfolge vom Impulsgenerator 40 angesteuert. Daß Ventil 44 ist so ausgelegt, dass es die Impulse integriert und auf diese Weise die normalerweise offene Leitung 45 mehr oder weniger stark verengt bzw. schliesst. In den Kammern 46 und 47 der Wassermangelsicherung baut sich da-

her eine mehr oder weniger grosse Durckdifferenz auf, sodass das Gasventil auch der Wärneanforderung entsprechende Zwischenstellungen einnehmen kann.

Das Ventil 44 kann auch so ausgebildet sein, dass es die Impulse an das hydraulische System der Wassermangelsicherung überträgt, in welchem die Impulse integriert werden.

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Claims

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Ansprüche :

Temperatur-Regeleinrichtung für vorzugsweise gasbeheizte Ur.laufwassererhitzer, die einen vom Uralaufwasser durchströmten Wärmetauscher für Brauchwasserbereitung und einen Regler für die Brauchwasser-Auslauftemperatur haben, dessen Verhalten mindestens im mittleren Leistungsbereich proportional der von einem Sollwertgeber und einem Istwertgeber ermittelten Regelabweichung ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Regler ausser dem Sollwertgeber (26) und dem Istwertgeber (24) für die Brauchwasser-Auslauftemperatur ein die Temperatur des Umlaufwassers erfassender dritter. Messwertgeber (25) zugeordnet ist, derart, dass dieser das vom Sollwertgeber und dem Istwertgeber gebildete Eingangssignal im oberen Leistungsbereich im Sinne einer Verringerung der bleibenden Sollwertabweichung der Wasser-Auslauftemperatur korrigiert.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Sollwertgeber (26) und der Istwertgeber (24) der Brauchwasser-Auslauftemperatur, sowie der Messwertgeber (25) der Umlaufwassertemperatur das Eingangssignal für einen Impulsgenerator (10) bilden, dessen Impulse auf ein Brennstoffventil (50) des Umlaufwassererhitzers einwirken und den Durchgangsquerschnitt des Ventils nach Massgabe des Einschaltverhältnisses bzw. der Impulsfrequenz auf einen der geweiligen Wärmeanforderung entsprechenden Wert einstellen.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass der als temperaturabhängiger

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V/iderstand ausgebildete Messwertgeber (25) für die Umlaufwassertemperatur in Reihe mit den beiden Messwertgebern (24, 26) für die Brauchwasser-Auslauftemperatur einen Spannungsteiler bildet, welcher das Eingangssignal für den Regler liefert.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass der als temperaturabhängi— ger Widerstand ausgebildete Messwertgeber (25) für die Umlaufwassertemperatur in Reihe mit einem der beiden Messwertgeber (24) für die Brauchwasser-Auslauftemperatur einen ersten Spannungsteiler bildet, dass ferner der andere Messwertgeber (26) für die Brauchwasser-Auslauf temperatur mit einem V/iderstand (36) einen zv/eiten Spannungsteiler bildet, und dass die Potentialdifferenz der Mittelabgriffe der beiden Spannungsteiler das Eingangssignal für den Regler liefert.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertgeber (25) für die Umlaufwassertemperatur an der Vorlaufleitung (12) des Umlaufwassererhitzers angebracht ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch - gekennzeichnet, dass der Messwertgeber (25) zwischen dem von den Brenngasen beaufschlagten Wärmeübertrager (11) des Umlaufwassererhitzers und einem Verzweigungspunkt (13) der Vorlaufleitung (12) angeordnet ist, an welchem der Wärmetauscher (17) für die Brauchwasserbereitung angeschlossen ist.

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