DE2710110C2 - Regeleinrichtung für eine brennstoffbeheizte Wärmequelle - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung geht aus von einer Regeleinrichtung nach dem Hauptpatent 26 32 663 gemäß dem Oberbegriff des HaupUiispruchs.

Solche brennstoffbeheizten Wärmequellen dienen einmal zur Speisung eines Heizkreises mit einer umlaufenden Wassermenge, die von einer Pumpe durch einen Wärmetauscher im Kreislauf zu einer Vielzahl von Verbrauchern geführt und von den Verbrauchern zur Wärmequelle zurückgefördert wird. Hierbei stellt sich die Forderung, die Temperatur des umlaufenden Wassers in der Vorlaufleitung über den gesamten Belastungsbereich, das heißt von der Maximallast bis zur Minimallast, gegeben einmal durch die Einschaltung aller Verbraucher und zum anderen beim Abdrosseln aller Heizkörperventile, konstant zu halten. Das ist besonders im letzten Fall relativ schwierig, da die von der Wärmequelle erzeugte Wärmemenge je Zeiteinheit um ein Vielfaches größer ist als die von dem Heizkreis bei abgeschalteten Verbrauchern in derselben Zeiteinheit aufnehmbare Wärmemenge.

Des weiteren sind solche Umlaufwasserheizer über Wasserwärmetauscher an einen Brauchwasserbereiter im Vorrangbetrieb angeschaltet Somit muß auch der Braachwasserbereiter mit warmem Vorlaufwasser möglichst konstanter Temperatur versorgt werden, wobei aber der Wärmeaustausch in der Zeiteinheit im Brauchwasserbereiter um ein Vielfaches größer ist als der Wärmeverbrauch im Heizkreis normalerweise in derselben Zeiteinheit beträgt Die Wärmequelle muß demgemäß die von ihr abgegebene Leistung durch den Regler an unterschiedliche Niveaus von Soll-Vorlauf' temperaturen anpassen können und diese dann auch konstant halten.

Das Hauptpatent stellt eine Einrichtung zur Realisie rung der Aufgabenstellung dar, es hat sich doch bei der praktischen Verwirklichung herausgestellt, daß eine selbsttätige Beeinflußung der Vorlauftemperatur durch die Außentemperatur nicht ohne weiteres möglich ist

Gegenüber dem Hauptpatent liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Sollwert der Vorlauftemperatur außentemperaturabhängig zu steuern und auf einen Minimaiwert in einem bestimmten Bereich der Außentemperatur zu begrenzen. Sowie die Heizkurve sowohl parallel zu verschieben als auch in der Steilheit zu ändern.

Diese Aufgabe wird bei einer Regeleinrichtung der eingangs näher bezeichneten Art erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß in einem bestehenden Regler eine Abhängigkeit der Vorlauftemperatur unter Beibehaltung der sonstigen Reglerbauteile und Reglercharakteristik erzielt werden kann. Insbesondere kann man vorsehen, daß nicht aber die gesamte Reglerkurve die Abhängigkeit von Vorlauftemperatur zur Außentemperatur gleichbleibt Mit Vorteil kann ein Knickpunkt vorgesehen werden, dessen Lage einstellbar ist Der Unteranspruch stellt eine bevorzugte Weiterbil dung der Erfindung dar.

Anhand der Figuren eins bis drei ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert Es zeigt F i g. 1 einen Schaftplan, F i g. 2 ein Kurvendiagramm und

F i g. 3 eine Variante der F i g. 1.

Im Schaltbild der F i g. 1 ist eine Meßbrücke dargestellt deren Spannungseinspeiseleitungen mit 31 und 34 bezeichnet sind. Zwischen diesen Einspeisepunkten befinden sich Brückenäste 25,98,17,28,20 und 30.

Der Brückenast 25 besteht aus der Serienschaltung eines einstellbaren Widerstandes 1 mit einem Festwiderstand 2, wobei der Verbindungspunkt 9 beider Widerstände über eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode 15 mit dem Brückenast 17 verbunden ist Der Brückenast 98 besteht aus einer Serenschaltung zweier Festwiderstände 3 und 4, deren Verbindungspunkt 5 über einen Widerstand 6 mit der Mitte 7 des Brückenastes 17 verbunden ist, der Widerstandswert des Widerstandes 6 kann über einen Schleifer 8 eingestellt werden. Der Brückenast 17 besteht aus der Serienschaltung eines einstellbaren Widerstandes 19 und eines Meßwiderstandes 16, der den Außentemperaturfühler darstellt Die Brückenäste 25, 98 und 17 können über eine Steckverbindung 18 an den eigentli chen Regler angeschlossen werden.

Der eigentliche Regler weist den Brückenast 20 auf, der aus einer Serienschaltung eines Festwiderstandes 21 und eines Trimmerwiderstandes 100 mit einem Potentiometer 22 besteht dessen Schleifer 99 ist zu einem

Anschluß 23 geführt, mit dem ein Anschluß 112

korrespondiert Der Anschluß 112 kann sowohl auf den

Anschluß 23 als auch auf einen der Anschlüsse 18

geschaltet werden, der mit dem Punkt 7 verbunden ist

Der Brückenast 30 weist einen Meßwiderstand 29 auf,

der als NTC-Widerstand die Temperatur der Vorlaufleitung am Ausgang einer nicht dargestellten Wärmequelle abfohlt Er liegt in Serie mit einem Widerstand 32 im Zuge einer Leitung 27 und ist über eine Leitung 35 mit einem weiteren Festwiderstand 33 verbunden, der seinerseits an die Leitung 34 angeschlossen ist Die Leitung 35 ist über einen Widerstand 36 mit einer Eingangsleituug 37 eines Verstärkers 38 verbunden. Der Widerstand 36 bildet mit einem Widerstand 39, der an

den Eingang 37 angeschlossen ist, die Schaltung zur Einstellung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers,

Ein Widerstand 45 ist mit einem Verzweigungspunkt 46 verbunden, der Ober eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode 47 mit einem Kontakt 48 eines als Umschaltkontakt 49 ausgebildeten Oder-Gliedes verbunden ist

Der Schaltungspunkt 46 ist über eine weitere in Durchlaßrichtung gepolte Diode 50 mit einem Schaltungspunkt 51 verbunden, der über eine Leitung 52 mit einem Kontakt 11 eines Magnetventils 13 verbunden ist

Ein im Ruhestand der Schaltung offener Kontakt 53 eines Umschalters 14 ist über eine Leitung 24 mit einem Schaltungspunkt 54 verbunden, auf den zwei in gleicher Richtung gepolte Dioden 55 und 56 geschaltet sind. Die Diode 55 führt zu einem Schaltungspunkt 57, der über eine Leitung 58 mit der Mitte eines Brückenastes 26 verbunden ist Der Brückenast 26 bildet ein Zeitglied 118, bestehend aus Widerständen 62, 61,59 und einem Kondensator 60. Der veränderbare Widerstand 62 ermöglicht eine Einstellung des Zeitliedes 118 bezüglich seines Zeitverhaltens.

Der Brückenast 28 ist über einen Festwiderstand 63 und einen verstellbaren Widerstand 64 an positive Betriebsspannung angeschlossen, der den Sollwertsteller für die Temperatur des Vorlaufs bildet Diese Widerstandskombination ist über eine am Schaltungspunkt 65 abzweigende Leitung 66 mit einem anderen Kontakt 67 des Umschalters 49 verbunden. Der Schaltungspunkt 65 ist aber auch über einen Widerstand 68 und eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode 69 mit dem Schaltungspunkt 51 verbunden. Von der Leitung 66 zweigt eine Leitung 70 ab, die über zwei in Serie geschaltete Widerstände 71 und 72 an die Spule 12 des Magnetventils 13 über eine Leitung 73 angeschlossen ist Zwischen den Widerständen 71 und 72 zweigt die in Durchlaßrichtung gepolte Diode 56 ab. Der Schaltungspunkt 57 ist über eine weitere in Durchlaßrichtung gepolte Diode 74 mit dem Kontakt 48 des Umschalters 49 verbunden.

Der Scha'tungspunkt 46 ist über eine Leitung 75 mit einem Kondensator 76 verbunden. Die Leitung 75 ist Ober eine Relaisspule 77 mit positiver Betriebsspannung verbunden. Dieses Relais ist mit einem Kontakt 78 zur Speisung der Pumpe versehen. Der Kondensator 76 ist auf der der Leitung 75 abgewandten Seite über eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode 73 mit einem zweiten Eingang 80 des Verstärken 38 und über eine Leitung 81 mit dem Umschalter 49 verbunden. Der Ve. stärker ist über Leitungen 82 mit positiver und 83 mit negativer Betriebsspannung verbunden. Ein Kondensator 84 dient zum Kurzschließen von Spannungen hoher Frequenzen am Ausgang 85 des Verstärkers 38. Der Ausgang 85 ist auf den Eingang eines zweistufigen Transistorverstärkers 86 geschaltet, der über Speiseleitungen 87 mit positiver Betriebsspannung verbunden ist Die negative Betriebsspannung wird Ober die Leitung 88 und die Spule 12 des Magnetventils angelegt Eine Diode 89 ist als Freilaufdiode geschaltet Der Verstärkerausgang, d. h. die Leitung 88, ist mit der Leitung 73 verbunden, die nicht nur mit dem Widerstand 72, sondern auch mit einem Widerstand 90 verbunden ist, dessen freier Anschluß mit einem weiteren Widerstand 91 verbunden ist der über eine wahlweise einschaltbare Verbindung 92 mit dem Brückenast 20 verbunden ist, wobei der Festwiderstand 21 entfällt Positive und negative Betriebsspannung werden von einem Netzteil, bestehend aus Transformator 93, Gleichrichter 94 und

GlättungskondensMor 95 erzeugt

Die dargestellte Schaltung hat folgende Funktion: Es wird davon ausgegangen, daß die Schaltung unter Betriebsspannung steht, daß der Kontakt 49 auf

Brauchwasserbereitung gestellt ist, d. h, mit Kontakt 67 verbunden ist, daß das Magnetventil 13 geschlossen, d. h. der Brenner erloschen ist und die Pumpe stillsteht Dieser Schaltungszustand tritt ein, wenn die mit dem Meßwiderstand 29 gemessene Vorlauf-Ist-Temperatur

to mit der Brauchwasser-Vorlauf-Soll-Temperatur, eingestellt am Widerstand 64, übereinstimmt Der Ausgang 85 des Verstärkers 38 ist bestromt der Transistorverstärker 86 gesperrt Die vom Sollwertgeber für die Heizung, & h. dem Potentiometer 22, abgegriffene Spannung am Brückenast 20 ist wirkungslos, da der Kontakt 48 freiliegt Gleichermaßen ist die am Brückenast 26 abgegriffene Spannung wirkungslos, da sie auf denselben Kontakt 48 geführt ist Somit sind diese Sollwerte für den Verstärker 38 irrelevant Der Verstärker 38 ist in diesem Schaltzustand als Schmitt-Trigger geschaltet, da der Ausgang 88 des Transistorverstärkers über die Leitung 73 und die Widerstände /2 und 71 auf den Eingang 80 des Verstärkers geschaltet sind und der Schaltpunkt 65 über den geschlossenen Kontakt 49 an die Diode 79 geführt ist Somit ist der Ausgang des Transistorverstärkers auf den Eingang 80 des Verstärkers geschaltet Da der erloschene Brenner der Wärmequelle keine Wärmeleistung zuführen kann, wird sich die Vorlauftemperatur ändern, d. h, der Widerstand 29 ändert seinen Wert Der größer werdende Widerstandswert des Widerstandes 29 führe zu einem potentialmäßigen Abfallen der Leitung 35, das Abfallen des Potentials ist auf den Eingang 37 des Verstärkers 38 weitergegeben. In dem Moment, in dem die Spannungs werte auf den Eingängen 37 und 80 des Verstärkers 38 gleich werden, wird der Ausgang 85 des Verstärkers stromlos. Damit geht der Transistorverstärker 86 in den leitenden Zustand über, d. h, die Spule 12 des Magnetventils 13 wird bestromt Die Potentialänderung auf der Ausgangsleitung 88 des Transistorversiärkers wird über die Widerstände 72 und 71 auf den Eingang de« Verstärkers rückgekoppelt wobei ein Umkippen des Verstärkers und des Leistungsverstärkers bewirkt wird. Das öffnende Magnetventil 13 versorgt den Brenner mit Brennstoff, die Wärmequelle arbeitet. Bei einem Öffnungsgrad des Magnetventil 13 von etwa 40% wird der Kontakt 14 vom Kontakt 11 auf den Kontakt 53 umgeschaltet wodurch die Diode 56 leitend wird und die Rückkopplungsspannung kurzschließt.

so Damit ist die Rückkopplungsspannung wirkungslos geschaltet, und der Verstärker 38 arbeitet als Linearverstärker. Dem Eingang 80 des Verstärkers 38 wird eine Linearspannung aus dem Brückenast 28 zugeführt, co daß der am Widerstand ö4 vorgegebene Sollwert für die Crauchwassertemperatur wirksam wird. Bei einem Öffnungsgrad des Magnetventils 13 größer als 40% wird eine lineare Regelung erreicht Nimmi bei einem Öffnungsgrad von 40% des Magnetventils die Vorlauf-Ist-Temperatur weiter zu, so wird das durch den Widerstand 29 registriert Im Verstärker wird die Vergleichsspannung kleiner, so daß aus der Ausgangsleitung 88 des Transistöfverstäfkers 86 ein kleiner werdender Strom resultiert Wird nun die 40%-öffnungsgrenze des Magnetventils 13 aufgrund des kleiner

μ werdenden Speisestroms durch die Spule 12 unterschritten, schaltet der Kontakt 14 wieder um, worauf der Verstärker 38 und der Leistungsverstärker 86 als Schmitt-Trigger arbeiten und das Magnetventil schlag-

artig schließt

PQr den Fall, daß der Umschalter 49 auf Heizungsbetrieb gelegt ist, wird davon ausgegangen, daß die Spule 12 des Magnetventils 13 stromlos ist, dann ist über den Kontakt 14 der Schaltungspunkt 51 auf Masse gelegt. Die Diode 50 schließt somit die am Potentiometer 22 eingestellte Spannung kurz, sofern der Brückenast 20 über den Anschluß 23 an den Regler angeschaltet ist.

Auf den Eingang 80 des Verstärkers 38 ist das Zeitglied 118 geschaltet, da positive Betriebsspannung Ober die Widerstände 61 und 62 und die in Durchlaßrichtung betriebene Diode 74 auf die Leitung 48 geschaltet ist, deren Potential positiver als der Schaltungspunkt 46 ist Damit trennt die gesperrte Diode 47 die beiden Leitungen potentialmäßig vonein- i> ander, so daß die am Potentiometer 22 eingestellte Spannung nach wie vor unwirksam ist. Der Kondensator 60 ist zu diesem Zeitpunkt entladen gewesen, da die Diode 53 vor dem Abschalten des Magnetventils durch den Kontakt 14 auf Masse gelegt war. Die Spannung am Kondensator 60 steigt demgemäß an, sowie die Schwelle des Verstärkers 38 erreicht ist, erscheint ein Spannungssignal am Ausgang 85, das zum Leiten des Transistorsverstärkers 86 führt

Damit wird die Spule 12 des Magnetventils 13 mit Strom gespeist, so daß der Kontakt 14 wieder zurückschaltet Das Zurückschalten des Kontaktes 14 führt zu einem Abbau der Spannung am Kondensator 60 durch die Diode 55. Nach dem Umschalten arbeitet der Verstärker 38 wieder im Proportionalbereich. Sowie der Öffnungsgrad von 40% am Magnetventil 13 unterschritten wird, schaltet das Magnetventil den Kontakt 14 zurück, so daß wieder das Zeitglied im Brückenast 26 wirksam geschaltet wird. Das bedeutet, daß beim Anfordern von Wärme der Verstärker als Linearver- » stärker arbeitet während bei mangelnder Wärmeabnahme aus der Wärmequelle das Zeitglied dafür sorgt, daß das Magnetventil nur in einstellbaren relativ großen Abständen den Brenner speist um ein zu häufiges Schalten der Wärmequelle zu verhindern. "o

Die Diode 69 hat die Funktion, wenn der Verstärker 38 auf Schmitt-Triggerverhalten geschaltet ist über den Widerstand 68 Massepotential an den Schaltungspunkt 65 zu bringen, denselben Schaltungspunkt aber potentialmäßig von Masse zu trennen, wenn der Komparator « im Linearitätsbereich arbeitet

Wird an die mittlere Klemme 18 der Schleifer 99 des Potentiometers 22 mit seinem Anschluß 23 angeklemmt so ist über den Brückenast 20 mit Hilfe des Potentiometers 22 eine Handeinstellung möglich. Der so Sollwert der Vor!.auftemperatur kann nunmehr durch den Schleifer 99 am Potentiometer 22 frei gewählt werden.

Es wäre auch möglich, zum Zwecke einer Nachtabsenkung einen Sollwert von einer Uhr schalten zu lassen, beispielsweise einen bestimmten Wert in Abhängigkeit von der Tageszeit als Festwiderstand oder als Schleiferstellung einstellen zu lasssen.

Werden aber die Brückenäste 17,25 und 98 an die drei Klemmen 18 des Reglers angeschaltet so wird ein so außentemperaturabhär.gige Steuerung des Reglers vorgenommen. Der Sollwert der Vorlauftemperatur, eigentlich vorgegeben mit dem Potentiometer 19 bzw. dessen Schleiferstellung, wird korrigiert über den jeweiligen Augenblickswert des Widerstandes 16, dessen Wert mit der Außentemperatur variabel ist. Der Wert des über den Anschluß 112 übertragenen Brückensollwertes wird weiterhin bestimmt durch die Stellung des Schleifers 8 am Potentiometer 6. Mit diesem Schleifer kann die Steilheit der Heizkurve eingestellt werden. Der Wert an dem Anschlußpunkt 122 ist weiterhin davon abhängig, ob die Spannung am Spannungsteiler, gegeben aus den Widerständen 1 und 2, positiver ist als der durch den Brückenast 17 gegebene Widerstandswert Nach Maßgabe dieses Spannungsverhältnisses ist nämlich die Diode 15 leitend oder nicht leitend. Je nach der Einstellung des Potentials am Punkt 9, vorgegeben durch Verstellen des Widerstandes 1 und der Spannung am Verbindung^punkt 112 geschähet oder gesperrt werden.

Das in der Praxis damit Erreichbare geht aus der F i g. 2 hervor. In dem Diagramm der F i g. 2 ist als Abszisse die Außentemperatur in K und als Ordinate die Vorlauftemperatur in K dargestellt Es wird ausgegangen von einer Heizkurve gemäß Kurvenzug 101/109. Dieser Kurvenzug beginnt bei einer Außentemperatur von 293 K und steigt langsam bis zu einem Knickpunkt 108 bei einer Außentemperatur von 273 K. Die Vorlauftc-nperatur bleibt in diesem Bereich nahezu unverändert Der anschließende Bereich von Außentemperaturen von 273 K bis 253 K bringt eine starke Abhängigkeit der Vorlauftempc,-ati:r gemäß dem Kurvenast 101. Die Lage der Kurvenpunkte 108 und 109 in der Ordnate ist abhängig von der Stellung des Schleifers am Potentiometer 1. Wie aus dem Punkt 107 ersichtlich ist, kann der Knickpunkt 108 auch in Richtung der Abszisse verschoben werden, dies geschieht durch Verstellen des Schleifers des Potentiometers 19. Hiermit wird eine Parallelverschiebung des Kurvenastes 101 in Richtung auf den Kurvenast 102 erreicht Der Bereich der Parallelverschiebung ist mit 103 gekennzeichnet Die Verstellung des Schleifers 8 am Potentiometer 6 bewirkt eine Steilheitsänderung gemäß dem Winkel 106 zwischen den Kennlinienästen 101 und 104. Durch die Verstellmöglichkeiten an den Potentiometern 6 und 19 kann somit jede beliebige Heizkurve außentemperaturabhängig eingestellt werden.

Falls der Wunsch besteht den Heizkurvenabschnitt von 293 K bis 273 K (Punkte 109 bis 108 der Heizkurve) annähernd waagerecht zu halten, das heißt diesen Bereich aus der Abhängigkeit der Außentemperatur hinauszunehmen, so kann man eine Schaltung wach F i g. 3 verwenden. Diese Schaltung unterscheidet sich von der Schaltung nach F i g. 1 wesentlich dadurch, daß die Diode 15 durch eine als Diode wirkende Bases-Emitter-Strecke eines Transistors 110 ersetzt wird und die Emitter-Kollektorstrecke dem Widerstand 19 parallel liegt Bei Verwendung der Transistorschaltung nach F i g. 3 ergibt sich eine Kennlinie gemäß 111 in Fig.2, da die Stromverstärkung des Transistors die Kennlinie 107-108 oder 108-109 dreht

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche;

   27 10 ItO

   t. Regeleinrichtung for eine brennstoffbeheizte Wärmequelle, die von einem Brennstoffventil gesteuert Ober einen Wärmetauscher Wasser eines Heizkreises oder Brauchwasser erwärmt, wobei die Temperatur des Vorlaufwassers durch einen temperaturabhängigen Widerstand, der Teil einer Meßbrücke ist, abgefflhlt ist, und der Sollwert der Temperatur der Vorlaufleitung über zwei weitere Brückenäste mit je einem einstellbaren Widerstand vorgegeben ist, von dem jeweils einer zusammen mit dem den temperaturabhängigen Widerstand enthaltenen Ast auf einen Komparator geschaltet ist, der über einen Leistungs-Verstärker das Brennstoffventil steuert, das einen stellungsabhängigen Umschalter für die Sollwertbrückenäste sowie ein Diodennetzwerk aufweist, nach Patent 2632 668, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelpunkt (7) des den Sollwertgeber (19) für die Vorlauftemperatur enthaltenen Brückenastes (17) über eine weitere Diode (15) mit einem einstellbaren Spannungsteiler (1,2) verbunden ist
2. 2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (15) durch eine Basis-Emitter-Strecke eines Transistors (UO) gebildet ist und daß die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors parallel zum Sollwertgeber (19) geschaltet ist