DE3931095A1 - Verfahren zum ermitteln eines abschaltkriteriums eines gasbeheizten geraetes und schaltung zur durchfuehrung dieses verfahrens - Google Patents

Description

Zunächst betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ermittlung eines Abschaltkriteriums eines gasbeheizten Gerätes mit atmo­ sphärischem Gasbrenner und einem von diesem Gasbrenner beheizten Wärmetauscher sowie einer Strömungssicherung, die eine dem Gerät, eine der Abgasführung und mindestens eine dem Auf­ stellungsraum des Gerätes zugeordnete Öffnung aufweist, wobei diesen Öffnungen zumindest zwei Temperaturfühler zugeordnet sind, deren Signale über eine Auswerteschaltung auf ein Stellglied des Brenners einwirken, wobei als Kriterium eine Temperaturdifferenz dient, die nach Maßgabe der Parameter Geräteleistung und Geräte­ arbeitstemperatur von der Temperatur eines der beiden Fühler variiert wird.

Ein solches Verfahren ist bereits aus der DE-OS 35 27 706 bekannt.

Bei diesem vorbekannten Verfahren werden die Meßwerte zweier linearer Temperaturfühler über eine im wesentlichen lineare Kennlinie einander zugeordnet und verglichen. Das Ergebnis dieses Vergleiches liefert die Entscheidung, ob das Heizgerät abgeschaltet werden soll oder nicht.

Bei diesem vorbekannten Verfahren werden allerdings Fehler der Temperaturfühler oder der Schaltung, die ein ständiges "Gut"- Signal vortäuschen, nicht erkannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, das vorbekannte Verfahren sinnvoll dahingehend weiterzuentwickeln, daß solche Fehler erkannt werden.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß diese Aufgabe dadurch gelöst werden kann, daß man das Ausgangssignal des Abgassensors vor jedem Inbetriebgehen des Gerätes daraufhin überprüft, ob ein Abgasaustritt gemeldet wird. Nur dann, wenn dies der Fall ist, kann das Gerät in Betrieb gehen.

Um nun ein solches bei Nichtbetrieb das Austreten von Abgas vortäuschendes Signal zu erhalten, wird erfindungsgemäß durch die Verwendung nichtlinearer Temperaturfühler eine die Meßwerte der beiden Temperaturfühler einander zuordnende Kennlinie in eine nicht linear verlaufende Kennlinie überführt, die bei etwa gleicher, niedriger Temperatur an beiden Temperaturfühlern ein Abgassignal liefert.

Ist das Gerät in Betrieb gegangen, wird mindestens einer der beiden Fühler vom Abgas so erwärmt, daß sich ein Arbeitspunkt in einem Bereich einstellt, in dem die nichtlineare Kennlinie mit der ursprünglich linearen Kennlinie übereinstimmt.

Auf diese Weise wird eine Anlaufüberwachung des Abgassensors ohne zusätzlichen Aufwand, wie z.B. einer Fühlerbeheizung, ermöglicht.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden beide Temperaturfühler überwacht, und zwar einer statisch auf Kurzschluß und Unterbrechung, der andere sowie die Auswerte­ schaltung dynamisch beim Inbetriebgehen des Gerätes.

Auf Grund dieser Fehlerüberwachung wird ein solcher Abgassensor auch erhöhten Sicherheitsanforderungen gerecht.

Im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erstreckt sich die Erfindung auch auf eine zu dessen Durchführung besonders geeignete Schaltung, deren Merkmale der besseren Verständlichkeit wegen nachstehend an Hand der Zeichnungen erläutert sind, in denen

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Wasserheizers mit einer Strömungssicherung,

Fig. 2 ein Diagramm des Verlaufes der für die Ermittlung des Abschaltkriteriums maßgeblichen Kennlinie,

Fig. 3 eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Schaltung eines Abgassensors und

Fig. 4 eine Schaltung zur Anlaufüberwachung eines Abgas­ sensors zeigen.

Gemäß Fig. 1 ist in einem Aufstellungsraum eine brennstoffbeheizte Wärmequelle 1 vorgesehen, die im wesentlichen aus einem Heiz­ schacht 2 mit aufgesetzter Strömungssicherung 3 und einem an seinem Unterteil angeordneten Gasbrenner 4 besteht. lm Heizschacht 2 ist ein Wärmetauscher 5 angeordnet, der ent­ weder unmittelbar von zu zapfendem Brauchwasser oder von Heizungswasser einer nicht dargestellten Heizungsanlage im Vor- und Rücklauf durchströmt wird.

Dieser Heizschacht 2 besitzt einen untenliegenden Einlaß 6 und einen obenliegenden Auslaß 7, wobei der Auslaß 7 gleich­ zeitig einen Einlaß 8 für die Strömungssicherung 3 bildet.

Diese Strömungssicherung 3 ist als ein im wesentlichen quader­ förmiger, sich in Richtung der aufsteigenden Abgase 19 ver­ jüngender Blechkasten ausgebildet, dessen Ausgang 9 in eine Abgasführung 10 mündet, die zu einem nicht dargestellten Kamin führt.

Im Inneren der Strömungssicherung 3 sind Blecheinsätze 11 zur Um- und Ablenkung der Abgase vorgesehen. Neben dem Einlaß 8 für das aus dem Heizschacht 2 einströmende Abgas und dem Auslaß 9 für das in die Abgasführung 10 ausströmende Abgas sind ein oder mehrere Auslässe 12 seitlich angeordnet, aus denen Abgase aus dem Innenraum 13 der Strömungssicherung 3 nötigenfalls in den Aufstellungsraum des Gerätes austreten können.

Sowohl die Auslässe 12 als auch der Auslaß 9 werden entweder von der Außenwandung der Strömungssicherung 3 oder von den Blecheinsätzen 11 oder von beiden gemeinsam gebildet.

In dem Wärmetauscher 5 zugeordneten Einlaß 8 der Strömungs­ sicherung 3 ist ein erster Temperaturfühler 14 angeordnet, der sich etwa im Raum zwischen den Blecheinsätzen 11 befindet und unmittelbar dem aus dem Wärmetauscher 5 austretenden Abgas zugeordnet ist, um dessen Temperatur zu messen. Dieser Tempe­ raturfühler 14 ist über eine Meßleitung 15 mit einer Auswerte­ schaltung 16 verbunden. Weiterhin ist einem seitlichen Auslaß 12, der zum Abgasaustritt in Richtung zum Aufstellungsraum vorgesehen ist, ein Temperaturfühler 17 zugeordnet, der über eine Leitung 18 gleichfalls an die Auswerteschaltung 16 angeschlossen ist.

Dieser Temperaturfühler 17 kann die Temperatur zumindest eines Teiles jenes Abgases erfassen, das den Innenraum 13 der Strö­ mungssicherung 3 durch einen Auslaß 12 verläßt.

Diese Temperaturfühler 14 und 17 sind als nichtlineare, temperatur­ abhängige Widerstände (NTCs) ausgebildet, d.h. zwischen der Tempe­ ratur und der Höhe des Widerstandes besteht ein nichtlinearer, exponentieller Zusammenhang.

Die Temperaturfühler 14 und 17 können entweder an der Innen­ seite der Außenwandung der Strömungssicherung 3 oder an den Blecheinsätzen 11 wärmeisoliert befestigt sein, um eine möglichst geringe thermische Trägheit aufzuweisen.

Die Auswerteschaltung 16 ist über eine Leitung 20 mit einem Elektromagneten 21 verbunden, der seinerseits mittels einer Stellstange 22 auf ein Magnetventil 23 einwirkt, das im Verlauf einer Gaszufuhrleitung 24 angeordnet ist, die zum Gasbrenner 4 führt. Die Richtung des Auftriebes der Abgase innerhalb des Heizschachtes 2 ist mit dem Pfeil 19 angedeutet.

Fig. 2 zeigt in einem Diagramm den Zusammenhang zwischen der in der Ordinate verzeichneten Differenz der Meßsignale der beiden Temperaturfühler 14 und 17 und der in der Abszisse verzeichneten Abgastemperatur im Innenraum 13 der Strömungs­ sicherung 3, die durch den Temperaturfühler 14 allein gemessen wird.

Der Verlauf der Kennlinie 25 setzt allerdings voraus, daß man sich auf eine bestimmte Maximalrate des zulässigen Abgasaustrittes in dem Aufstellungsraum geeinigt hat. Bei einer Variation dieser Rate ergeben sich naturgemäß unterschiedlich verlaufende Kennlinien.

Die Steigung der Kennlinie 25 variiert mit der Änderung der zulässigen Abgasaustrittsrate und ist empirisch ermittelbar. Wesentlich ist, daß von dieser Kennlinie 25 im Diagramm zwei Bereiche 26 und 27 voneinander getrennt werden, wobei mit ausreichender Sicherheit unterstellt werden kann, daß im Bereich 26 kein Abgasaustritt in den Aufstellungsraum, im Bereich 27 jedoch ein solcher Abgasaustritt stattfindet.

Somit kann man für ein bestimmtes Gerät nunmehr jene Temperatur­ differenz festlegen, bei deren Unterschreitung in Abhängigkeit von der absoluten Abgastemperatur ein Abschalten des Gerätes erforderlich ist.

Die Grenze zwischen den Bereichen 26 und 27 ist gemäß vorliegender Erfindung durch die Abschnitte 25 und 49 der Kennlinie gegeben. Bei dem aus der eingangs genannten DE-OS vorbekannten Verfahren wurde sie durch die Abschnitte 25 und 48 bestimmt.

Das Wesentliche an diesem Verfahren ist darin zu sehen, daß die Darstellung der Variation der Temperaturdifferenz nur noch von der Geräteabgastemperatur erforderlich ist. Es entfällt eine gesonderte Ermittlung der Geräteleistung bzw. Gerätebelastung und der Höhe der Vorlauftemperatur bzw. Zapfwassertemperatur.

Um nun dafür zu sorgen, daß bei ausgeschaltetem Gerät und somit etwa gleichen, niedrigen Temperaturen an beiden Fühlern ein Abgassignal gemeldet wird, sind die beiden Temperaturfühler 14 und 17 in einer Schaltung 16 vereint, wie sie in der Fig. 3 in ihren Einzelheiten veranschaulicht ist.

Diese Schaltung 16 nach Fig. 3 umfaßt den Temperaturfühler 14, der zusammen mit den Widerständen 28 und 29 den der Betriebs­ spannung zugewandten Teil eines Spannungsteilers bildet. Den masseseitigen Teil des Spannungsteilers bildet der Widerstand 30. Ein zweiter Spannungsteiler wird vom Widerstand 31 betriebs­ spannungsseitig und vom Temperaturfühler 17 mit den Anpassungs­ widerständen 32 und 33 masseseitig gebildet.

Die Ausgangsspannungen der beiden Spannungsteiler werden über die Widerstände 34 und 35 auf den invertierenden Eingang eines als Komparator arbeitenden Operationsverstärkers 38 geführt.

Der nichtinvertierende Eingang ist mit dem Ausgang des aus den Widerständen 36 und 37 gebildeten Spannungsteilers verbunden. Schließlich zeigt die Fig. 4 die Einbeziehung einer solchen Schaltung 16 in eine Anlaufüberwachung, die im wesentlichen aus einem Relais 41 mit Selbsthaltekontakt 51 und einem zweiten Arbeitskontakt 43, einem Zeitglied 44, einer Diode 40, einem vom Zeitglied 44 betätigten Schalter 52 und einem UND-Glied 53 besteht.

Die Funktion der Schaltung 16 ergibt sich aus deren Aufbau wie folgt:

Bei abgeschaltetem Brenner stellt sich an den beiden Fühlern 14 und 17 Raumtemperatur ein, die Temperaturdifferenz ist etwa Null, so daß sich dadurch der Arbeitspunkt 46 nach Fig. 2 ein­ stellt. Durch sinnvolle Wahl der Größe der Widerstände 28 bis 33 wird nun erreicht, daß der Kennlinienabschnitt 49 oberhalb dieses Arbeitspunktes 46 verläuft, der damit im Bereich 27 liegt, was Abgasaustritt bedeutet.

Die Teilspannungen stellen sich dabei so ein, daß die Spannung am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 38 die feste Teilspannung am nichtinvertierenden Eingang unterschreitet. Damit liegt am Ausgang des Operationsverstärkers 38 ungefähr Betriebsspannung an, die über die Diode 40 die Relaisspule 41 ansteuert. Damit schließen die noch nicht wirksamen Kontakte 51 und 43.

Tritt nun ein Wärmeanforderungssignal 50 auf, wird über den Kontakt 51 das Relais 41 unabhängig von der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 38 gehalten. Die Eingänge des UND-Gliedes 53 werden jetzt beide angesteuert und das Zeitglied 44 wird dadurch gestartet. Der Kontakt 43 und der Schalter, die die Leitung 42 vom Regler mit der Zuleitung 20 zum Magnet­ ventil verbinden, sind geschlossen. Das Magnetventil kann angesteuert werden und der Brenner in Betrieb gehen.

Dadurch wird der innere Temperaturfühler 14 aufgeheizt und es stellt sich der Arbeitspunkt 47 in Fig. 2 ein. Infolgedessen steigt die Spannung am invertierenden Eingang des Operations­ verstärkers 38 und die Ausgangsspannung fällt auf Null. Dadurch werden nicht mehr beide Eingänge des UND-Gliedes 53 angesteuert und das Zeitglied 44 wird gestoppt und zurückgesetzt. Dieser Aufheizvorgang muß kürzer sein als die Verzögerungszeit des Zeitgliedes 44. Dieser Zustand bleibt bestehen, bis das Wärmeanforderungssignal 50 wegfällt, dann fällt das Relais 41 ab. Meldet der Abgassensor einen Abgasaustritt, läuft das Zeit­ glied 44 wieder an, öffnet nach Ablauf der Verzögerungszeitspanne den Schalter 52 und unterbricht damit die Ansteuerung des Magnet­ ventiles 23.

Claims (5)

1. Verfahren zur Ermittlung eines Abschaltkriteriums eines gasbeheizten Gerätes mit atmosphärischem Gasbrenner und einem von diesem Gasbrenner beheizten Wärmetauscher sowie einer Strömungssicherung, die eine dem Gerät, eine der Abgasführung und mindestens eine dem Aufstellungsraum des Gerätes zugeordnete Öffnung aufweist, wobei diesen Öffnungen zumindest zwei Tempe­ raturfühler zugeordnet sind, deren Signale über eine Auswerte­ schaltung auf ein Stellglied des Brenners einwirken, wobei als Kriterium eine Temperaturdifferenz dient, die nach Maßgabe der Parameter Geräteleistung und Gerätearbeitstemperatur von der Temperatur eines der beiden Fühler variiert wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch die Verwendung nichtlinearer Temperaturfühler (14, 17) eine die Meßwerte der beiden Temperaturfühler einander zuordnende Kennlinie (25) in eine nichtlinear verlaufende Kennlinie (49 + 25) überführt wird, die bei etwa gleicher, nie­ driger Temperatur an beiden Temperaturfühlern (14 und 17) ein Abgassignal liefert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer (17) der beiden Temperaturfühler (14, 17) statisch auf Kurz­ schluß und Unterbrechung, der andere (14) sowie die Auswerte­ schaltung (16) dynamisch beim lnbetriebgehen des Gerätes über­ wacht werden.

3. Auswerteschaltung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie den dynamisch über­ wachten Temperaturfühler (14) in einem der Betriebsspannung zugewandten Teil eines Spannungsteilers enthält, dessen masse­ seitigen Teil ein Widerstand (30) bildet, und einen zweiten Spannungsteiler umfaßt, der betriebsspannungsseitig von einem Widerstand (31) und masseseitig von dem auf Kurzschluß und Unterbrechung überwachten Temperaturfühler (17) sowie Anpassungs­ widerständen (32, 33) gebildet ist (Fig. 3).

4. Auswerteschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannungen der beiden Spannungsteiler (14, 30 bzw. 17, 31-33) auf den invertierenden Eingang eines als Komparator arbeitenden Operationsverstärkers (38) geführt sind, dessen nichtinvertierender Eingang mit dem Ausgang eines aus Widerständen (36 und 37) gebildeten Spannungsteilers verbunden ist (Fig. 3).

5. Auswerteschaltung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie (16) in eine Anlaufüberwachung einbe­ zogen ist, die ein Relais (41) mit Selbsthaltekontakt (51) und einem zweiten Arbeitskontakt (43), ein Zeitglied (44), eine Diode (40) und einen vom Zeitglied (44) betätigten Schalter (52) sowie ein UND-Glied (53) enthält (Fig. 4).