DE3011544C2 - Steuerung der Brennstoff- und Luftzufuhr zu einer brennstoffbeheizten Wärmequelle - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung öezieht sich auf eine Steuerung der Brennstoff- und Luftzufuhr zu einer brennstoffbeheizten Wärmequell», gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Eine solche Steuerung ist bekanntgeworden aus der DE-OS 26 56 580. Hier ist eine Wärmequelle beschrieben worden, die einen Brenner, einen Wärmetauscher sowie eine Abgasklappe aufweist Der Brenner ist mit der Brennstoffzuleitung über zwei parallelgeschaltete Magnetventile verbunden, von denen das eine einen Gasdurchsatz gemäß der Volleistung, das andere einen Teilleistungsdurchsatz freigibt Die Abgasklappe besteht aus zwei konzentrischen Klappen, von denen die eine einen Abgasdurchsatz gemäß der Teilleistung, die andere einen Abgasdurchsatz gemäß der Volleistung freigibt

Der Nachteil dieser bekannten Ausführung liegt darin, daß nur zwei Betriebsstufen der Wärmequelle möglich sind.

Es ist bekannt bei brennstoffbeheizten Wärmequellen, insbesondere bei Kesseln der Umlaufwasserheizern sowie Durchlauferhitzern, daß Brennstoffventile kontinuierlich öffnen, wobei die Öffnungsstellung mit der Wärmestromanforderung an das Gerät variabel ist. Es ist gleichermaßen bekannt, die Wärmestromanforderung über ein Pulspausenverhältnis der Öffnungs- und Schließzeiten des Brennstoffventils zu erzielen. Hierbei nimmt das Brennstoffventil nur die maximale Öffnungsstellung beziehungsweise die Schließstellung ein. Es ist bei solchen Geräten auch bekannt, Abgasklappen im Zuge der Abgasführung aus dem Gerät vorzusehen, die bei nicht geöffnetem Brennstoffventil geschlossen sind und sich vor dem öffnen des Brennstoffventils in die Offenstellung überführen lassen. Hierbei muß die maximale Offnungsstellung der Abgasklappen dem maximalen Brennstoffdurchsatz, also dem vollen Öffnungsgrad des Brennstoffventils entsprechen, um eine vollständige Verbrennung m gewährleisten. Eine Anpassung der Öffnungsstellung der Abgasklappe an die Stellung des Brennstoffventils findet nicht statt

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem Minimum an Einzelventilen in der Brennstoffzuleitung und Teilorganen im LuftVAbgasweg unter gemeinsamer Betätigung ein Maximum an Stufen zu erzielen, wobei das Verschlußorgan nicht unbedingt im Abgasweg, sondern allgemein als Verschlußorgan für Luftdurchsatz durch die Wärmequelle vorgesehen sein kann, also auch in der Frischluftzuführung liegen kann. Bei gasdicht abgeschlossener Feuerstätte der Wärmequelle ist es für die Auskühlung in der Stillstandszeit belanglos, ob das Verschlußorgan im Zuluft- oder Abgasweg angeordnet ist

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen.

Hieraus resultiert als Fortschritt eine sehr einfache Anpassung der Stellung des Verschlußorgans an die Stellung des Brennstoffventils, wobei über die Stufung der Öffnungsgrade eine maximale Vielzahl von Teilleistungen möglich wird, die reproduzierbar einzuhalten ohne Schwierigkeiten möglich ist

Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen öer Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der F i g. 1 und 2 der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Prinzipdarstellung einer Wärmequelle und

Fig.2 die spezielle mögliche Ausgestaltung des Brennstoffventils.

In beiden Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.

Die Wärmequelle 1 gemäß F i g. 1 weist ein geschlossenes Gehäuse 2 auf, das über eine Zuluftöffnung 3 und einen Abgasstutzen 4 v\t der Atmosphäre in Verbindung steht

Die im unteren Bereich des Gehäuses 2 angebrachte Zuluftöffnung 3 ist über ein .nehrstufiges Verschlußorgan 5 ganz oder teilweise beziehungsweise gar nicht verschließbar. Das Verschlußorgan 5 besteht aus drei Klappen 6, 7 und 8, wobei die Klappe 6 den kleinsten Öffnungsquerschnitt freigeben beziehungsweise verschließen kann, die Klappe 7 den nächstgrößeren und die Klappe 8 den maximalen. Die von den Klappen 6 bis 8 verschließbaren Öffnungsquerschnitte entsprechen einer Stufung von 1 zu 2 zu 4, also 2". Die Klappe 6 ist über eine Stellstange 9 von einem Elektromagneten 10, die Klappe 7 über eine Stellstange 11 von einem Elektromagneten 12 und die Klappe 8 von einer Stellstange 13 über einen Elektromagneten 14 entweder verschließbar oder voll zu öffnen. Alle drei Elektromagnete 10,12 oder 14 sind über einzelne Leitungen 15 von einem Analogdigitalwandler 16 ansteuerbar. Die Durchlässe der Magnetventile verhalten sich wie 1 zu 2 zu 4, also 2".

Von dem Analogdigitalwandler 16 führt ein Leitungsbündel, bestehend aus drei Leitungen 17, zu drei Elektromagneten 18, 19 und 20, denen jeweils Magnetventile 21, 22 und 23 zugeordnet sind, die in parallelen Zweigen einer Gasleitung 24 vorgesehen sind. Die Gasleitungen, in denen die einzelnen Elektromagnetventile vorgesehen sind, vereinigen sich zu einer Brennerleitung 25, die in das Innere des

Gehäuses 2 und zu einem Gasbrenner 26 führt, der oberhalb des Verschlußorgans 5 angeordnet ist. Oberhalb des Brenners ist ein Wärmetauseher 27 angeordnet, der an eine Rüeklauflejtung 28 und an eine Vorlaufleitung 29 angeschlossen ist, die Teile eines Heizungssystems oder einer Zapfwasserleitung sein können.

Die Temperatur der Vorl&ufleitung wird von einem Temperaturfühler 30 abgefühlt, der über eine Meßleitung 31 mit einem Regler 32 verbunden ist, dessen Ausgangsleitung 33 zum Analogdigitalwandler führt Der Regler ist über eine Stelleitung 34 mit einem Sollwertgeber 35 verbunden.

Eine mögliche spezielle Ausgestaltung der drei Magnetventile 18, 19 und 20 mit einem zusätzlichen Magnetventil zeigt die F i g. 2:

Die Gasleitung 24 führt zu einem Gehäuse 36, in dem vier Ventilsitze 37,38,39 und 40 für den Gasdurchsatz, parallel geschaltet, vorgesehen sind. Jedem Ventilsitz ist ein gegen die Rückstellkraft einer Feder 41 von dem Elektromagneten 18, 19, 20 oder 42 bewegbarer Ventilkörper 43,44,45 oder 46 zugeordnet

Die Größenabstimmung der Ventilsitze 37 bis 40 beziehungsweise der Ventilkörper 43 bis 46 ist so gehalten, daß dem größten Ventilsitz beziehungsweise Ventilkörper ein maximaler Durchsatz von 50% der Maximallast der Wärmequelle zukommt wenn er geöffnet ist Die übrigen Ventilsitze beziehungsweise Ventilkörper erlauben jeweils einen Durchsatz entsprechend 2", ausgehend von dem Ventil 37, 43 wobei π die Zahl der Ventile darstellt Die Zahl der Ventile ist gleich der Zahl der Klappen, wobei bei einer Ausführung nach Fig.2 eine weitere Klappe im Luftweg mit einem Durchlaß von 50% des maximalen Durchlasses zusätzlich erforderlich ist

Hinter den einzelnen von den Ventilkörpern verschlossenen Ventilsitzen setzt sich die Brennerieitung 25 fort.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Wärmequelle ist folgende:

Es wird ausgegangen vom Ruhezustand, das heißt, das Verschlußorgan 5 und alle Magnetventile in der Brennstoffleitung sind geschlossen. Erfolgt nun ein Wärmeanforderungssignal, beispielsweise vom Temperaturfühler 30, so wird der Regler aktiviert. Je nach der Regelabweichung zwischen Soll- und Is'wert erfolgt ein mehr oder weniger großes Signal auf der Leitung 33 zum Analogdigitalwandler. Unter der Annahme, die Regelabweichung sei relativ klein, wird nur auf der Leitung 15 ein Signal abgegeben, daß der Elektromagnet 10 erregt wird. Das führt zu einer öffnung der kleinsten Klappe 6, so daß die Feuerstätte im Gehäuse 2 mit der Zuluft in Verbindung steht. Die Öffnungsstellung der Klappe 6 wird dem Analogdigitalwandler über eine Kontaktleitung 47 riickgemeldet Diese Rückmeldung ist Vorbedingung für eine öffnung des Brennstoffventils. Nach erfolgter Rückmeldung erfolgt auf der Leitung V das nächste Signal, das zu einem öffnen des dem kleinsten Luftdurchsatz entsprechenden Magnetventils 21 für den kleinsten Brennstoffdurchsatz führt. Somit ist Brennstoff in einem solchen Durchsatz zur Wärmequelle freigegeben und kann am Brenner 26 austreten und ober nicht dargestellte Mittel gezündet und verbrannt werden, daß dem Minimum-Brennstoffzusatz eine entsprechende große Luftmenge in der Zeiteinheit zugeordnet wird, die eine optimale Verbrennung mit einem optischen Luftüberschuß sicherstellt Reicht dieses Signal aus, so erfolgt eine Angleichung des Istwertes an den Sollwert, so daß der Regler über den

ίο Analogdigitalwandler zuerst ein Schließen O^ Ventils 21 und anschließend ein Schließen der Klappe 6 bewirkt Unter der Annahme, die Regelabweichung ist größer

als im eben beschriebenen Fall, so resultiert vom Regler über den Analogdigitalwandler ein Stellbefehl auf der

is mittleren Leitung 15, was zu einem Erregen des Elektromagneten 12 führt, so daß die Klappe 7 geöffnet wird. Der nunmehr zur Wärmequelle freigegebene Frischluftdurchsatz ist doppelt so groß wie der, der dem Öffnungszustand der Klappe 6 zugehörig ist Nach

Rückmeldung der öffnung der Klappe 7 wird über eine Leitung 17 der Elektromagnet 19 ,/ept der dem Magnetventil 22 zugehörig ist Da auch de τ Durchsatz durch dieses Magnetventil dem doppelten Durchsatz des Magnetventils 23 entspricht, ist auch hier wieder ein stöchiometrisches Verhältnis von Luft- und Brennstoffdurchsatz gegeben, nur entsprechend einer höheren gewünschten Leistung der Wärmequelle.

Unter der Annahme, daß diese Leistung der Wärmequelle nicht ausreichend ist, die Regelabweichung zum Verschwinden zu bringen, kanu die Leistung der Wärmequelle wie folgt gesteigert werden:

Die nächsthöhere Leistungsstufe kommt dadurch zustande, daß zusätzlich zum eben dargestellten Zustand auch der Elektromagnet 10 und anschließend der Elektromagnet 18 erregt werden, so daß also die Klappen 6 und 7 und die Brennstoffventile 22 und 21 geöffnet werden. Die nun durchgesetzte Leistung durch die Wärmequelle liegt höher als im eben beschriebenen Zustand.

Sollte auch diese Leistungsstufe nicht ausreichen, so werden die Elektromagnete 10 und 12 beziehungsweise 18 unc: 19 entregt und dafür die Elektromagnete 14 und 20 erregt. Die nunmehr durchgesetzte Leistung durch die Wärmequelle ist wiederum höher. Anschließend können auch noch zusätzlich die beiden eben beschriebenen Zustände zur weiteren Leistungserhöhung der Wärmequelle zugeschaltet werden. Durch die Abstufung der Öffnungsgrade gemäß dem Verhältnis 2" beziehungsweise 2~" ist es also möglich, bei Verwendung eines dreiteiligen Verschlußorgans im Luftdurchsatzweg durch die Wärmequelle beziehungsweise unter Vorsehen eines dreistufigen Brennstoffventils oder dreier Brennstoffventile arht verschiedene Leistungsdurchsä'^e zu erzielen. Mit einer derartigen Stufung ist einerseits der Aufwand, der an einer Wärmequelle getrieben werden mui>, nicht allzuhoch, andererseits ist die Stufung eng genug, um ein quasi kontinuierliches Leistungsverhalten der Wärmequelle erreichen zu können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche;

1. Steueiung der Brennstoff- und Luftzufuhr zu einer brennstoffbehetzten Wärmequelle mit einem von einem Regler angesteuerten Brennstoffventil und einem Verschlußorgan für den Luftdurchsatz der Wärmequelle, wobei das Brennstoffventil in parallele Einzelventile und das Verschlußorgan in parallele Teüorgane aufgeteilt ist, die jeweils nur die Schließ- oder Offenstellung einnehmen können und ι ο gestufte Durchsätze von Brennstoff und Luft ermöglichen und wobei die im gestuften Durchsatz einander entsprechenden Einzelventile und Teilorgane jeweils gemeinsam betätigbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufungen der Durchlässe bei mehr als zwei Stufen gemäß 2" vorgesehen sind und daß die Einzelventile (21, 22, 23) und die Teüorgane (6, 7, 8) jeder Stufe für sich allein oder in beliebiger Kombination mit denen anderer Stufen schaltbar sind.

2. Steuerung nach Anspruch eins, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußorgan für den Luftdurchsatz und das Brennstoffventil dreistufig ausgebildet sind.

3. Steuerung nach Anspruch eins oder zwei, dadurch gekennzeichnet, daß der durch ein Teilorgan (6, 7,8) oder Einzelventil (21, 22, 23) erzielbare größte Durchsatz 50% der Nennlast der Wärmequelle entspricht

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