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R egeleinrichtung mit selbsttätiger Brennerlaufzeit-Steuerung
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von Brennern.
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Die Erfindung betrifft eine selbsttätig arbeitende Regeleinrichtung
an handelsüblichen, "modulierend" arbeitenden Brennern, die erfindungsgemäss auf
einen einstellbaren Brennerlaufzeit-Sollwert vorprogramiert werden.
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Bei damit ausgerüsteten Brennern ergeben sich durch eine ständige
Registrierung und Überwachung der Brenner laufzeit mit anschliessender Korrektur
der Brennerleistung längere Brennerlaufzeiten.
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Die erfindungsgemässe Regeleinrichtung kann für jede Art von Brennern
eingesetzt werden, die teil- oder vollautomatisch betrieben werden und Stellglieder
aufweisen, die eine "modulierende" Leistungsverstellung durch stufenlose Änderungen
in der Brennstoff-/Luftzufuhr ermöglichen.
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Je nach dem momentanen Wärmebedarf der Heizungsanlage stellt sich
der erfindungsgemäß ausgerüstete Brenner selbsttätig, d.h. aktiv auf die Brennerleistung
ein, die ihm die Einhaltung der vorprogramierten Brennerlaufzeit ermöglicht.
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Dabei wird erfindungsgemäB das Verhältnis, das heisst der Quotient
Brennereinschaltzeit: Brennerstillstandszeit ausgewertet und bei vorliegender Differenz
zwischen Istwert und vorprogramiertem Sollwert ein elektromotorisches Verstellkommando
an den Stellmotor der modulierend arbeitenden Brennstoff/Luftzufuhr mit stufenloser
Verstellung der Brennerleistung weitergegeben, und zwar durch elektrische Signale
so lange und so oft, bis nach einer Anzahl von Brennereinschaltungen der Ist-Wert
an den voreingestellten Soll-Wert angeglichen ist.
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Die sich daraus ergebende veränderte Brennerleistung innerhalb einer
Kleinstellung und einer Großstellung passt sich selbstständig an den momentanen
Wärmebedarf der Heizungsanlage an. Dadurch ergeben sich möglichst lange, also optimierte
Brennerlaufzeiten mit geringeren Brennerstillstandszeiten. Schon bislang wurde mit
modulierend arbeitenden Brennern damit ein wirtschaftlicherer Einsatz erreicht.
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Vorliegende Erfindung ermöglicht jedoch die modulierende Brenner Steuerung
bereits an handelsüblichen Kesseln mit Leistungsbereichen unter 20 KW.
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Bei richtiger Abstimmung des Brennerleistungsbereichs auf den maximalen
und minimalen Heizungsbedarf der Heizungsanlage - dabei reine Wasserbereitung ausgeklammert
- kann man mit der erfindungsgemässen Regeleinrichtung zu Brennerlaufzeiten von
60 bis 80 % der Betriebsbereitschaftszeit gelangen, es ist also damit möglich, die
Stillstandsverluste auf einen Bruchteil gegenüber bisher zu verringern.
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Pegeleinribhturg mit .....
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Bekannt sind modulierend arbeitende Brennerregelungen die über einen
am Kesselvorlauf angebrachten Temperaturfühler,oder einem am Kessel direkt abnehmendem
Temperatur-oder Druckgeber mit Rückführpotentiometer, elektronische Verstellkommandos
für den Stellmotor der Brennstoff- und Luftstellglieder so weitergeben, dass der
Brenner passiv innerhalb des gegebenen Leistungsbereiches stufenlos, d.h. modulierend
arbeitet.
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Bei bekannten Brennerregelungen wird also die Brennerlaufzeit durch
druck-oder temperaturabhängig arbeitende Sensoren bestimmt, die lediglich in der
Lage sind, auf die verstellbare Brennerleistung zur Erhaltung des Temperatur-oder
Druckniveaus Einfluss zu nehmen. Kessel und Brenner sind dabei mit der Regeleinrichtung
zusammen so abgestimmt, dass sich eine durchaus wirtschaftlich arbeitende Kesselanlage
ergibt, die jedoch gleichzeitig auch einen höheren finanziellen Aufwand mit sich
bringt. Aus diesem Grund sind solche Heizungsanlagen bislang nur mit über 120 KW
Kesselleistung installiert worden.
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Ebenso sind Regeleinrichtungen für modulierend arbeitende Brenner
bekannt, die den modulierenden Brenner witterungsabhängig über einen Auser.- und
einen Vorlaufthermostaten regeln. Aufgrund dieser ausserhalb des Brenners arbeitenden
Temperatursensoren passt sich hier ebenfalls Brennerleistung und die Brennerlaufzeit
an eine vorgegebene Sollwert-Vorlauftemperatur an. Auch diese im Sinne einer optmierten
Brennerlaufzeit wirtschaftlich arbeitende bekannte Regeleinrichtung erfordert einen
höheren technischen und finanziellen Aufwand und setzt eine gut abgestimmt spezielle
Kessel/-Brennereinheit voraus.
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Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung ist in Bild 1 eingetragen, wo
ein Ausführungsbeispiel eines handelsüblichen Gasgebläsebrenners nach DIN 4788 T.2,
Seite 6, mit den vorgeschriebenen Gasarmaturen dargestellt ist.
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Dieser modulierend arbeitende "automatische Gasbrenner" gemäß 2.2.2
DIN 4788 T.2 besteht aus Brenpergrundausführung 1 mit den dazugehörenden weiteren
Brennerteilen, die durch das Luftstellglied 2 und das Gasstellglied 3 zu einem "modulierend"
arbeitenden Gas-Gebläsebrenner ergänzt sind. Die Flammenüberwachungseinrichtung
(Gasfeuerungsautomat) 4 wird durch einen Thermostaten 5 ein- und ausgeschaltet,
je nach dem gewünschten Temperaturniveau der Luft, des Kessels, oder des Heizungswassers,
wobei das Stellglied 6 für die Brennstoffzufuhr in auch bei einstufigen Brennern
üblicher Weise auf- oder zugeschaltet wird.
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Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung kann auch für Gasbrenner ohne
Geläse verwendet werden, wie sie in DIN 4788 Teil 1, Seite 6 dargestellt sind.
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Regelein-ricttung i.
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Die thermoelektrisch gesicherte Zundwachflamme wird von Hand eingeschaltet
und brennt während der gesamten Betriebsbereitschaftszeit im Dauerbetrieb; die Ein-
Ausschaltung erfolgt über Thermostaten und Magnet- oder Motorventile.
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Weitere Ausführungsbeispiele für die Anwendung der erfindungsgemäßen
Regeleinrichtung stellen auch automatisch arbeitende Ölgeläsebrenner oder automatisch
arbeitende Brenner für feste Brennstoffe nach DIN 4787 dar.
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Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung ist in Bild 1 als Regler 7 eingetragen,
der den Brenner über die Flammenüberwachungseinrichtung mit Netzstrom versorgt und
den Stellmotor 8 so steuert, dass das Gasstellglied 3 und das Luftstellglied 2 gemeinsam
innerhalb des Leistungsbereiches stufenlos, d.h. modulierend verstellt werden.
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Dabei arbeitet die erfindungsgemäße Regeleinrichtung bei dem beschriebenen
Gasbrenner in folgender Weise: Die Einschaltzeit, d.h.die Brennerlaufzeit des Brenners
wird dem Regler 3 dadurch bekanntgegeben, dass der Betriebsstrom des Brenners 1
z.B. vom Gasstellglied 6 zugeführt wird.
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In gleicher Weise erfährt der Regler 7 auch die Ausschaltdauer des
Brenners 1. Der Regler 7earbeitet nun den "Istwert" der Brennerlaufzeit und das
Verhältnis der Ein- und Ausschaltdauer; er bildet den Quotienten aus dem Istwert
und dem Regler 7 eingegebenen Sollwert, der dann entsprechend reagiert, je nach
dem dieser grösser, gleich, oder kleiner einer beliebigen Zahl zwischen 0 und 1
ist. Ist der Quotient z.B.
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grösser 1, gibt der Regler 7 ein Verstellsignal an den Motor 8 in
der Weise ab, dass die beiden Brennstoff-/LuftFtellvliecer 3 und 2 in Richtung "Zu"
verstellt werden, also die Brennstoffzufuhr verkleinert wird.
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Ist der Quotient gleich 1, gibt der Regler 7 kein Verstellsignal ab.
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Ist der Quotient kleiner als 1, gibt der Regler 7 ein Verstellsignal
an den Stellmotor 8 in der Weise ab, dass die Stellglieder 3 und 2 grösser eingestellt
werden, d.h. die Brennstoffzufuhr vergrössert wird.
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Weil der Stellmotor 3 vorteilhaft von einem Synchronmotor angetrieben
wird, können die Verstellsignale vom Regler 7 derart definiert werden, dass deren
Dauer von der Grösse der Differenz des Ist- und Sollwert-Quotienten zu 1 abhängig
gemacht werden.
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Dadurch kann das Einschwingverhalten der erfindungsgemäßen Regelt
in heit optimiert werden.
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Der Regler 7 stellt im Ausführungsbeispiel im Wesentlichen ein Computer-System
dar, wie es bei Computer-Programmierungen Anwendung findet. So ist ein Monochip-Mikroprozessor
eingebaut, ergänzt durch übliche dazugehörende Baueinheiten wie Trafo, Gleichrichter
usw..
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Die charakteristische Arbeitsweise des Regiers 7 wird ein einziges
mal durch Versuche an einer üblichen Heizungsanlage eingefahren und das Einschwingverhalten,
d.h. die Abgabe von elektrischen Verstellsignalen bis zur Erreichung des Sollwertes,
in der Weise optimiert, dass die Leistungsanpassung des Brenners zur Erreichung
des vorgegebenen Sollwertes der Brennerlaufzeit progressiv erfolgt, um anschliessend
in das E-Prom des Monochip-Mikroprozessors einprogrammiert überschrieben Diese als
Beispiel beschriebene erfindungsgemäße Regeleinrichtung mit Regler 7 ist aufgrund
der wenigen verwendeten Bauteile sehr zuverlässig und bietet den wichtigen Vorteil,
mit dem Brenner zusammen eine gemeinsame,wenig Platz erforderliche Baueinheit zu
bilden, ohne dass regeltechnische sonstige Maßnahmen an der Heizungsanlage selbst
durchzuführen sind.
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Ganz allgemein ist es technisch möglich, den Regler 7 mechanisch,
hydraulisch, pneumatisch, optisch, calorisch, chemisch, elektrisch, digital oder
analog elektronisch aufzubauen.
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Bei der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung kommt es insgesamt darauf
an, einen selbsttätig arbeitenden Regler 7 so einzusetzen, dass im Gegensatz zu
den als bekannt aufgeführten Regeleinrichtugen ausserhalb des Brenners keine Bauteile
verwendet werden müssen. Für die vorliegende Erfindung ergibt sich die Möglichkeit,
dass modulierend arbeitende Brenner mit der selbsttätigen Brennerlaufzeit-Steuerung
an beliebige handelsübliche Kessel auch älterer Bauart und kleiner Baugrösse angebaut
werden können und dort,vom Brenner aktiv gesteuert,eine Optimierung des Jahresnutzungsgrades
erzielt wird.
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Bei der Umstellung der Kesselanlage wird der alte Brenner durch einen
neuen, modulierenden, mit der erfindungsgemäßen Regelung ausgerüsteten Brenner ersetzt,
wobei die normale, normale weiterzuverwendende Heizungsregelung am Kessel in ihrer
Funktion nicht störend überlagert, sondern als Ergänzung zu einem grösseren Gesamtwirkungsgrad
der Anlage weiterverwendet wird. Damit unterscheidet sich die erfindungsgemäß selbsttätig
arbeitende Regeleinrichtung als"aktive" Selbststeuerung von allen bekannten modulierend
arbeitenden Brennersteuerungen.