DE2629239A1

DE2629239A1 - Temperaturregelung

Info

Publication number: DE2629239A1
Application number: DE19762629239
Authority: DE
Inventors: Peter Wolfwenderoth
Original assignee: Cointra SA
Current assignee: Cointra SA
Priority date: 1975-07-02
Filing date: 1976-06-30
Publication date: 1977-01-20
Also published as: JPS5214245A; ES439087A1; CH607130A5; FR2316545A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Temperaturregelung für ein Gerät zur Erwärmung von Flüssigkeiten mit mindestens einem brennstoffbeheizten Brenner.

Bei den zu diesem Zweck bekannten Geräten wir die zur Erwärmung der jeweiligen Flüssigkeit erforderliche thermische Energie aus einem flüssigen oder gasförmigen Brennstoff gewonnen, der einem oder mehreren Brennern zugeführt wird. In einem Wärmetauscher wird die in den Verbrennungsgasen enthaltene Wärmeenergie auf die zu erwärmende Flüssigkeit, zum Beispiel Wasser, übertragen.

Bei diesen Aufheizgeräten wird im allgemeinen ein Temperaturüberwachungsgerät bzw. Thermostat verwendet, der am Ausgang des Wärmetauschers oder aber auchin der Umgebungstemperatur ange-

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NACHQEREIOHT

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ordnet ist. Das von diesem ausgehende, der gemessenen Temperatur entsprechende Signal dien-t als Ist-Wert für die Regelung, der mit einem der vorgegebenen Temperatur entsprechenden Signal verglichen wird. Aus beiden Signalen wird ein Differenz-Signal gebildet.

Wenn eine derartige Regelung als Zweipunkt-Regelung ausgebildet wird, mit der die Brennstoffzufuhr entweder voll geöffnet oder voll geschlossen werden kann, so wird mit dieser Regelung beim Erreichen des vorgewählten Temperaturwertes die Brennstoffzufuhr zum Brenner unterbrochen. Die diese Unterbrechung bewirkende Temperatur ist also die Abschalt-Temperatur. Die Brennstoffzufuhr bleibt so lange geschlossen, bis der Thermostat eine unter dem vorgegebenen Temperaturwert liegende Temperatur feststellt, die dann als Einschalttemperatur dient und das öffnen der Brennstoffzufuhr auslöst.

Bei den bekannten Regelungen erreicht die Differenz zwischen diesen beiden Temperaturwerten im allgemeinen mehrere Grade. Die Zeitabstände zwischen dem Ein- und Abschalten der Brennstoffzufuhr schwanken zwische.n einigen Minuten und sogar Stunden, was im Einzelfall von der thermischen Trägheit der gesamten Anlage einschließlich der Regelung abhängig ist.

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Eine solche verhältnismäßig grobe Regelung ist in vielem Fällen nachteilig. Es lag deshalb der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Regelung der eingangs genannten Art mit einfachen Mitteln so zu verbessern, daß sich nur möglichst geringe Temperaturschwankungen ergeben und der vorgegebene Temperaturwert weitgehend genau eingehalten wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen* daß in die Brennstoffzuführung eine erste Ventilanordnung eingeschaltet ist, die die für die Einschaltung der Minimaltemperatur eines vorgegebenen Regelbereiches erforderliche Brennstoffmenge während des Betriebes ständig durchläßt, daß in die Brennstoffzuführung eine zweite Ventilanordnung eingeschaltet ist, die in geöffneter Stellung zusätzlich eine Brennstoffmenge durchläßt, die zum Erreichen der Maximaltemperatur des vorgegebenen Regelbereiches erforderlich ist, daß die Regelung als eine die zweite Ventilanordnung voll öffnende oder voll schließende Zweipunktregelung ausgebildet ist und daß die Betätigung der zweiten Ventilanordnung durch ein Differenzsignal erfolgt, das als Regelabweichung aus dem jeweiligen Temperatur-Ist-Wert der Flüssigkeit und einem vorgegebenen Soll-Wert gebildet ist.

Die vorliegende Erfindung verwendet zwar auch eine Zweipunktregelung, jedoch ist es aufgrund der vorgeschlagenen Ausführungsform für die Regelung möglich, zwischen dem Ein-

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und Abschalten der Brennstoffzufuhr Temperaturunterschiede von wenigen Graden einzuhalten und eine geringe thermische Trägheit zu erreichen, da das Ein- und Abschälten der Brennstoffzufuhr in Zeitabständen von nur wenigen Sekunden erfolgen kann. Die vorgeschlagene Regelung reagiert somit sehr empfindlich und schnell, wobei natürlich eine entsprechend schnelle Reaktion des jeweils die augenblickliche Flüssigkeitstemperatur erfassenden Temperaturfühlers zweckmäßig ist, der am Ausgang des Wärmetauschers oder auch im Inneren desselben angeordnet werden kann, jedenfalls dort, wo die thermische Trägheit des Wärmetauscheis sehr gering ist.

Die Regelung wird also mindestens einen Temperaturfühler und einen Temperaturvorgeber aufweisen, wobei die Ausgangssignale derselben auf ein Vergleichsgerät geschaltet sind. Diesem wird zweckmäßig ein Verstärker nachgeschaltet, durch dessen Ausgangssignale die zweite Ventilanordnung betätigt wird. Die dem Brenner durch die zweite Ventilanordnung zugeführte Brennstoffmenge ändert sich also mit mehr oder weniger langen Unterbrechungen bzw. pulsierend, so daß. auch die Gesamtmenge entsprechend verändert wird, wobei die sich hieraus ergebende Temperaturänderung am Wärmetauscher durch einen Temperaturfühler oder ein entsprechendes Gerät überwacht wird.

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Die beiden Ventilanordnungen sind also in Bezug auf den gesamten Strömungsguerschnitt parallel geschaltet und beeinflussen jeweils einen Teil des gesamten Querschnittes.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Im einzelnen zeigen:

Figur 1 in schematischer Darstellung ein Gerät mit der zugehörigen Regelung;

Figur 2 und

Figur 3 Regelkurven für eine erste Temperatureinstellung; Figur 4 und

Figur 5 Regelkurven für eine andere Temperatureinstellung.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 soll mit der im zugeführten flüssigen oder gasförmigen Brennstoff enthaltenen Energie eine Flüssigkeit erhitzt werden, die einen Wärmetauscher 1 durchsetzt. Dieser wird mittels eines Brenners 2 beheizt. Die jeweilige Temperatur der Flüssigkeit wird durch einen Temperaturfühler 3 erfaßt. Der Wärmetauscher 1 kann zum Beispiel eine mit Rippen 9 versehene Rohrleitung enthalten, wobei dann der Temperaturfühler 3 in einem Bereich angeordnet wird, in dem die thermische Trägheit des Wärmetauschers 1 sehr niedrig ist.

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Der Temperaturfühler 3 ist so ausgeführt, daß er schnell auf TemperaturSchwankungen anspricht.

Der Temperaturfühler 3 kann am Ausgang des Wärmetauschers 1 vorgesehen sein; es ist aber auch denkbar, ihn im Inneren desselben anzuordnen.

Mittels eines Temperaturvorgebers 4 kann die jeweils gewünschte Temperatur eingestellt werden. Der Temperaturfühler 3 und der Temperaturvorgeber 4 sind auf ein Vergleichsgerät 5 geschaltet, in dem die ankommenden Signale verglichen und zu einem Differenzsignal umgewandelt werden, das der Differenz

zwischen der gemessenen Temperatur und der' vorgegebenen Temperatur entspricht. Dieses Differenzsignal wird in einem Verstärker 6 verstärkt, durch das ein das Durchströmen des Brennstoffes zum Brenner 2 beeinflussendes System 7 gesteuert wird.

Das System 7 hat zwei Ventilanordnungen 10 und 11, mit denen das Hindurchströmen des Brennstoffes, in diesem Falle eines Brenngases/ beeinflusst wird. Es können aber auch mehrere Ventile entsprechend verwendet werden. Ebenso ist es denkbar, ein den ganzen Strömungsquerschnitt im Eingangsbereich des .. . Systems 7 kontrollierendes Ventil 12, zum Beispiel als Sicherheitsventil im Bedarfsfall zu verwenden.

■7.·.

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■ ■ ■ - 7 -

Im Betrieb bleibt die Ventilanordnung 10 ständig geöffnet, so daß gerade soviel Brenngas hindurchströmen kann, daß der Brenner 2 dauernd in Betrieb ist und eine minimale Wärmeleistung ständig abgegeben wird.

Die zweite Ventilanordnung 11, die auch durch mehrere einzelne Ventile gebildet sein kann, öffnet nur zeitweilig zur Freigabe einer zusätzlichen Brenngasmenge und ist so ausgelegt, daß sich bei voller öffnung die Höchstleistung einstellt. Durch entsprechende Vorgabe der Öffnungs- bzw. Schließzeiten der Ventilanordnung 11 bzw. durch entsprechend langes öffnen oder Schließen derselben läßt sich ein gewünschter Wärmeleistungswert erzielen, der zwichen einer Minimal- und einer Maximal-Temperatur liegt.

Diese Zeiten werden durch vom Verstärker 6 ausgehende Signale vorgegeben, wobei diese Signale aus einem vom Temperaturfühler 3 zugeführten Ist-Wert und einem am Temperaturvorgeber 4 eingestellten Soll-Wert für die Temperatur im Vergleichsgerät 5 gebildet werden. Die gewünschte bzw. erforderliche Wärmeleistung wird eingestellt, so daß sich die Ausgangstemperatur im Wärmetauscher 1 entsprechend regeln läßt.

In den Figuren 2 und 3 sind Diagramme bzw. Kurven entsprechend einer ersten Einstellung dargestellt.

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In Figur 2 ist über einer Zeitachse die jeweils dem Brenner zugeführte Gasmenge Q___aufgetragen. Bezogen auf

gas

eine bestimmte Durchflussmenge an im Wärmetauscher 1 zu erwärmender Flüssigkeit ist die nur zeitweise abgegebene Höchstmenge, bei der beide Ventilanordnungen 10 und 11 geöffnet sind, mit 13 bezeichnet, während die konstant und ohne Unterbrechnung bei geöffneter Ventilanordnung 10 und ge^ schlossener Ventilanordnung 11 abgegebene Mindestmenge mit 14 bezeichnet ist.

Sollte sich die den Wärmetauscher 1 durchsetzende Flüssigkeitsmenge ändern, würde dies zu einer Änderung des Diagramms führen.

In Figur 3 ist über einer waagerechten Zeitachse der Verlauf der Flüssigkeits- bzw. Wassertemperatur in Form der Temperaturkurve 15 aufgetragen. Diesen Verlauf würde die Temperatur ohne Regelung nehmen.

Die Kaltwasser-Temperatur ist mit 16 bezeichnet, während eine untere Betriebstemperatur 17 mit Hilfe der Regelung eingehalten werden soll, die noch verhältnismäßig nahe an der Kaltwasser-Temperatur 16 liegt. Die Betriebstemperatur 17 liegt in der Mitte eines mit + und - bezeichneten Regelbereiches, der nur einige 10tel Grad Celsius betragen kann.

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Mit zunehmender Erwärmung erreicht die Temperatur, ausgehend von der Kaltwasser-Temperatur 16, die mit + bezeichnete obere Grenze des Regelbereiches. Bis dahin sind beide Ventilanordnungen 10 und 11 geöffnet. Über den Temperaturfühler 3 wird dann das Schließen der Ventilanordnung 11 aufgrund eines im Vergleichsgerät 5 gebildeten entsprechenden Vergleichssignals ausgelöst, so daß die Gaszufuhr jetzt auf die mit 14 bezeichnete Mindestmenge herabgesetzt wird. Bei Erreichen der mit - bezeichneten unteren Bereichsgrenze, die von dem Temperaturfühler 3 ebenfalls erfaßt wird, erfolgt eine Öffnung der Ventilanordnung 11 solange, bis der Temperaturverlauf die mit + bezeichnete Grenze wieder erreicht. Dieser Zyklus setzt sich fort.

Entsprechendes gilt für die in den Figuren 4 und 5 dargestellte Einstellung, in der eine obere Arbeitstemperatur 18 vorgegeben ist. Auch hier ist der Regelbereich wieder mit + und - bezeichnet. Um diese höhere Betriebstemperatur zu erreichen, ist, wie Figur 4 erkennen läßt, die Ventilanordnung 11 zunächst wesentlich länger geöffnet_/was einer Zufuhr der maximalen Gasmenge entspricht. Die Temperatur ändert sich also entsprechend dem mit der Kurve 20 bezeichneten Verlauf bis zum Erreichen der oberen mit + bezeichneten Grenze. Von diesem Zeitpunkt an wird die zweite Ventilanordnung 11 geschlossen, so daß die Temperatur gemäß dem durch

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u-I 7-

die Kurve 21 bezeichneten Verlauf sinkt. Anschließend wird wieder die maximale Gasmenge zugeführt. Die Kurve 21 hat eine größere Neigung als die Kurve 19, was bedeutet, daß die Ventilanordnung 11 jetzt jeweils für eine wesentlich kürzere Zeit geschlossen und für jeweils eine längere Zeit eingeschaltet ist als bei dem zuvor beschriebenen Beispiel. Bei der zweiten Einstellung liegt man ja auch dem waagerechten Teil der Temperaturkurve 20 wesentlich näher.

Im übrigen ist der elektrische Teil der Regelung konstant eingestellt. Die Regelung erlaubt eine Einstellung in weitem Bereich und dennoch eine Einhaltung der Flüssigkeitstemperatur auf ί 0,5 C genau.

Die vorgeschlagene Regelung läßt sich zum Beispiel für Wassererhitzer verwenden, die mit Gas betrieben werden, oder aber auchfür mit Warmwasser, Luft oder einem anderen Fluidum arbeitende Heizungsanlage, die mit Gas oder flüssigem Brennstoff gespeist werden.

In jedem Fall läßt sich mit der vorgeschlagenen Regelung eine hohe Regelgeschwindigkeit erreichen. Die Temperatur der zu erwärmenden Flüssigkeit ist von der Menge derselben unabhängig und hängt daher nur von der Brennstoffmenge ab, die dem Brenner 2 zugeführt wird, wobei natürlich die

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Abhängigkeit von den durch die Regelung bewirkten Schwankungen der zugeführten Brennstoffmenge hinzukommt. Die Schaltfrequenz ist von der gewünschten Genauigkeit abhängig.

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BezugsZiffernliste

1 Wärmetauscher

2 Brenner

3 Temperaturfühler

4 Temperaturvorgeber

5 Vergleichsgerät

6 Verstärker

7 Zuführungssystem

8 Rohrleitung

9 Rippe

10 Ventilanordnung

11 Ventilanordnung

12 Sicherheitsventil

13 Max. Durchflussmenge

14 Min. Durchflussmenge

15 Temperaturkurve

16 Kaltwassertemperatur

17 untere Betrxebstemperatur

18 obere Betriebstemperatur

19 Kurve

20 Temperaturkurve

21 Kurve

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Claims

Ansprüche :

( 1.!Temperaturregelung für ein Gerät zur Erwärmung von Flüssigkeiten, mit mindestens einem brennstoffbeheizten Brenner, dadurch gekennzeichnet, daß in die Brennstoffzuführung eine erste Ventilanordnung (1o) eingeschaltet ist, die die für die Einhaltung der Minimaltemperatur eines vorgegebenen Regelbereiches erforderliche Brennstoffmenge während des Betriebes ständig durchläßt, daß in die Brennstoffzuführung eine zweite Ventilanordnung (11) eingeschaltet ist, die in geöffneter Stellung zusätzlich eine Brennstoffmenge durchläßt, die zum Erreichen der Maximaltemperatur des vor-

gegebenen Regelbereiches erforderlich ist, daß die Regelung als eine die zweite Ventilanordnung (11) voll öffnende oder voll schließende Zweipunkt-Regelung ausgebildet ist und daß die Betätigung der zweiten Ventilanordnung (11) durch ein Differenzsignal erfolgt, das als Regelabweichung aus dem jeweiligen Temperatur-Ist-Wert der Flüssigkeit und einem vorgegebenen Soll-Wert gebildet ist.
2. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung mindestens einen Temperaturfühler (3) und einen Temperaturvorgeber (4) aufweist und daß die Ausgangssignale derselben auf ein Vergleichsgerät (5) geschaltet sind.

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3. Regelung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Vergleichsgerät (5) ein Verstärker (6) nachgeschaltet ist, durch dessen Ausgangesignale die zweite Ventilanordnung (11) betätigt wird.

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