DE3513580A1 - Messeinrichtung fuer die belastung einer mit einem waermetauscher versehene brennstoffbeheizten waermequelle und regelung unter benutzung der messeinrichtung - Google Patents

Description

• Meßeinrichtung für die Belastung einer mit einem Wärme-
• tauscher versehene brennstoftbeheizten Wärmequelle und Regelung unter Benutzung der Meßeinrichtung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eire Meßeinrichtung für die Belastung einer mit einem Wärmetauscher versehenen brennstoffbeheizten Wärmequelle und auf die Nutzung der Meßeinrichtung für eine Isegelung für das Brennstoff-Luftverhältnis dieser Wärmequelle.
• Es snd eine Vielzahl vcn Meßeinrichtungen für brennstoffbeheizte Wärmequellen bekanntgeworden, am häufigsten werden Temperaturfühler verwendet, die Istwerte für das den Wärmetauscher der Wärmequelle verlassende oder in ihn eintretende Wasser erfassen. Weiterhin sind Meßeinrichtungen für die Abgaszusammensetzung des den Wärmetauscher verlassenden Abgases der Wärmequelle bekannt. Schließlich ist es bekannt, Regel abweichungen durch Verg ei ch dieser Istwerte mit Sollwerten zu bilden, wobei die Sollwerte Konstantwerte oder auch geführte Werte sein können, bei spielsweise kann der Sollwert eines Reglers von der Außentemperatur oder der vom Verbraucher angefragten Wärme gesteuert werden Es ist auch bekannt, die Belastung einer brennstoffbeheizten Wärmequelle zu ermitteln, indem die Rücklauf- und die Vorlauftemperatur durch je einen Temperaturfühler erfaßt werden, wobei gleichzeitig der Durchsatz Berücksichtigung findet. Durch eine Differenzbildung zwischen Vor-und Rücklauftemperatur und einer Multipl,kation mit dem Durchsatz kann man die gerade abgegebene Wärme n der Zeiteinheit erfassen, das heißt die Belastung.
• Nun hat allerdings eine solche Belastungserfassung den Nachteil, daß eir,e Vielzahl von Größen nicht oder nicht ausreichend berücksichtigt werden. Zum Beispiel im Falle von Belastungsänderungen (wie Androsseln des Wasserdurchsatzes durch den Wärmetauscher oder Temperatursprünge m Vor- oder Rücklauf ergeben sich unkontrollierbare Zustände bis zum Ausregeln der Störung.
• Die vorliegende Erfindung bezweckt, solche Störungen zu erfassen und schlägt hierzu ein besonderes Meßglied vor.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ira rd das geschaffene Meßgiied bei einer Regelung für das Brennstoff-Luftverhältnis einer brennstoffbeheizten Wärmequelle zur Anwendung gebracht.
• Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung in den kennzeichnenden Merkmalen der beiden nebengeordneten Ansprüche.
• Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche beziehungsweise gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren eins und zwe der Zeicnnung näher erläutert.
• Es zeigen Figur eins eine Prinzipdarstellung eines Umlaufwasserheizers und Figur zwei ei nen Aus schnitt aus dem 'Härmetauscher.
• In beiden Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.
• Die in Figur eins dargestellte Wärmequelle besteht aus einem gasbeheizten Umlaufwasserheizer 1 Statt dessen könnte es sich auch um einen Kessel handeln oder um einen Umlaufwasserheizer mit zusätzlicher Brauchwasserbereitung. Der Umlaufwasserheizer weist einen Wärmetauscher 2 auf, der aus einem von Wasserrohren durchzogenen Lamellenblock besteht, der eine Vielzahl von senkrecht angeordneten Lamellen 3 aufweist, die durch Zwischenräume 4 getrennt sind. Dem Wärmetauscher 2 wird kühles Rücklaufwasser über eine mit einem Temperaturfühler 5 und einer Umwälzpumpe versehene Rücklaufleitung 7 zugeführt, das in ihm erwärmte Wasser wird über eine mit einem Temperaturfühler 8 versehene Vorlaufleitung 9 abgeführt. Beide Leitungen sind ir, nicht dargestellter Weise durch eine Vielzahl parallel und/oder in Serie geschalteter Radiatoren oder einen Brauchwasser-Wärmetauscher miteinander verbunden. Die Temperaturfühier 5 urd 8 sind huber Leitungen 10 und 11 mit einem Regler 12 verbunden, der einen Scllwertgeber 13 aufweist. Dieser Sollwertgeber kann auf Konstante oder gefünrte Sollwerte verstellt werden. So ist es insbesondere möglich, eiriei von einer Außentempenatur abgeleiteten Sollwert vorzugeben.
• Der Wärmetauscher 2 ist im Innenraum 14 4 eines Heizschachtes 15 angeordnet, der an seiner Unterseite von einem Gasbrenner 16 beheizt wird, dem das Gas über eine mit einem Proportionalgasventil 17 versehene Gaszuleitung 18 zugeführt ist. Statt eines atmosphärischen Gasbrenners könnte auch ein Gebläsegasbrenner vorgesehen sein, als Brennstoff käme neben Gas auch ji. oder ein anderes fluides Medium in Frage. Das Proportionalventil 17 wird von einem Proportionalstellmotor 19 gesteuert, der über eine Stellleitung 20 mit dem Regler 12 verbunden ist. Eine weitere Stelleitung 21 ist für den elektrischen Antriebsmotor der Pumpe 6 vorgesehen.
• Oberhalb des Wärmetauschers 2 verengt sich der Heizschacht 15 durch ein Einschnürungsblech 22, so daß sich eine Auslaßöffnung 23 an der Oberseite des Heizschachtes ergibt, der ein Temperaturfühler 24 zugeordnet ist, der über eine Meßleitung 25 mit dem Regler 12 verbunden ist.
• Mit dem Temperaturfühler 24 kann die Abgastemperatur unmittelbar stromab des Wärmetauschers 2 ermittelt und auf den Regler 12 übertragen werden. An die öffnung 23 schließt sich im weiteren Abgasweg eine Strömungssicherung 26 an, die mit einem Abgasabruhrrchr 27 verbunden ist.
• Zur Messung von B el stung sänderungen im Wärmetauscher ist ein Temperaturfühler 28 vorgesehen der leber eine Meßleitung 29 mit dem Regler 12 verbunden ist.
• Aus der Figur zwei geht eine Te lansicht einer einzelnen Lamelle 3 hervor, die eine Ausnehmung 30 aufweist, durch die eins der dem Wärmetauscher 2 bildenden Wasserrohre hindurchgeht. Zwischen Lamellenoberkante 31 und Lamel lenunterkante 32 erstreckt sich somit oberhalb der ovalen Offnung 30 ein Bereich 33 und unterhalb ein Bereich 34, wobei in diesem unteren Bereich 34 etwa auf der Mitte des Abstandes zwischen der Unterseite der öffnung 30 und der Unterkante 32 der Lamelle 3 der Anbringungsort des Temperaturfühlers 28 vorgesehen ist.
• Die Meß- und Regeleinrichtung besitzt folgende Funktion: Durch die Messung des Wasserdurchsaties und der Differenz zwischen der vom Temperaturfühler 8 gemessenen Vorlauftemperatur und der vom Temperaturfühler 5 gemessenen Rücklauftemperatur kann die an das Wasser über den Wärmet auscher 2 übertragene Wärmemenge in der Zeiteinheit festgestellt werden. Obgleich im gesamten Wasserkreislauf kein Durchsatzfsihler vorhanden ist, kann die Drehzahl des Antriebsmotors für die Pumpe 6 eine hinreichende Größe für den Durchsatz liefern, wenn sichergestellt ist, daß in dem Heizkreis eine Widerstandsanderung nicht vorgenommen wird. Bei stets gleichbleibendem W-iderstand ist dann die Pumpendrehzahl ein Maß für den Durchsatz. Zwischen Pumpendrehzahl und Durchsatz liegt lineare Proportionaität vor. Somit kann die Gerätebelastung aus den drei Meßwerten festgestellt werden. Gleichermaßen kann dieser Bel,astungswert korrigiert werden durch einen Zustand des Wärmetauschers, der über den Temperaturfühler 28 abgefühlt werden kann. Etwaige dynamische Belastungsänderungen aufgrund des Zuschaltens weiterer Verbraucher, beispielsweise eines Brauchwasserspeichers oder Aufdrehens der Ventile bislang ausgeschalteter Heizkörper oder eine Änderung des Gasdrucks, der Gasfeuchte oder der Gastemperatur des speisenden Gases werden erfaßt und werden als Korrekturgröße für die momentane wahre Größe der Belastung in geeigneter Weise herangezogen. Ebenso wird die von dem Temperaturfühler 24 gemessene Abgastemperatur herangezcgen und berücksichtigt. Hiermit ist es möglich, die wirkliche momentane Belastung unabhängig vom Druck, der Dichte, Temperatur und dem Heizwert des speisenden Gases oder allgemein gesprochen des speisenden Brennstoffs zu erfassen. Dies folgt daraus, daß jedem Belastungszustand eine Temperatur an einer Lamelle des Wärmetauschers in der Beharrung äquivalent ist. Weicht diese gemessene Temperatur von einer Solltemperatur ab, welche zu der gleichzeitig gemessenen Belastung zugeordnet ist, sc ist der Differenzbetrag ein Maß für die zur Erreichung des statischen Zustandes erforderlichen Speicherenergie, welche entweder beim Aufheizorgang in den Wärmetauscher zusätzlich hineingegeben wird oder bei Korrektur der Belastung nach unten aus ihm wieder abgegeben wird.
• Aus diesen Überiegungen kann unter Verwendung der beschriebenen Meßglieder auch eine Verhältnisregelung für das Brennstoff-Luftverhältnis der Wärmequelle aufgebaut werden, indem nämlich durch die Belastung beispielsweise ein bestimmter Brennstoffdurchsatz vorgegeben wird und der Luftdurchsatz, beispielsweise unter Verwendung eines Zugreglers oder eines Abgasgebläses, nachgeführt wird, wobei diese Nachführung des Luftwertes unter Erfassung dynamischer Belastungsänderungen am Wärmetaucher korrigiert wird. Diese dynamischen Belastungsänderungen werden beispielsweise über dem dem Wärmetaucher zugeordneten Temperaturfühler 28 erfaßt.
• - L e e r s e i t e -

Claims (5)

1. Ansprüche 1. Meßeinrichtung für die Belastung einer mit einem Wärmetauscher versehenen brennstoffbeheizten Wärmequelle mit einem Durchsatzmesser für das im Wärmetauscher aufgeheizte luid und je einem vor- und rücklaurseitig des Wärmetauschers angeordneten Temperaturfühlers, gekennzeichnet durch ein weiteres Meßglied i23) zur Erfassung dynamischer Belastungsänderung im Wärmetauscher (2).
2. 2. Meßeinrichtung nach Anspruch eins, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Meßglied als Temperaturfühler (28) ausgebildet ist, der einer Wärmetauscherfläche (3) des Wärmetauschers (2) zugeordnet ist.
3. 3. Regelung für das Brennstoff-Luftverhältnis einer brennstoffbeheizten Wärmequelle mit einem Meßglied für die Abgaszusammensetzung, einem Regler mit Sollwertgeber sowie einem Stellglied, dadurch gekennzeichnet, daß über die momentane Belastung der Wärmequelle (1) ein Temperatursollwert vorgegeben wird, der mit einem Temperaturistwert für den Wärmetauscher verglichen wird, woraus eine Korrekturgröße für die Luftzufuhr gewonnen wird.
4. 4. Regelung nach Anspruch drei, dadurch gekennzeichnet, daß die als Zustandsgröße die Temperatur vorgesehen ist.
5. 5. Regelung nach Anspruch drei oder vier, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwert durch einen an einer Lamelle (3) des Wärmetauschers (2) angeordneten Temperaturfühler (28) ermittelt ist.