DE4037397A1 - Verfahren zur steuerung eines heizgeraetes - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steue
rung eines Heizgerätes mit einem Vormisch-Gasbrenner, der
samt einem Wärmetauscher in einer im Inneren des gegen
über der Umgebung, mit Ausnahme einer Luftzuführleitung,
abgedichteten Gehäuses des Heizgerätes angeordneten und
gegenüber diesem abgedichteten Kammer montiert ist, wel
che Kammer mit einer Abgasleitung verbunden ist, wobei
der Brenner über ein regelbares Gasdurchsatz-Stellglied
beaufschlagt und ein den Brenner versorgendes, aus dem
Inneren des Gehäuses ansaugendes Gebläse in seiner Dreh
zahl abhängig vom Gasdurchsatz steuerbar ist und die
Luftzuführleitung in eine im Inneren des Gehäuses ange
ordnete Luftkammer mündet, die über ein Stellorgan mit
dem Inneren des Gehäuses verbunden ist.
Bei solchen Heizgeräten ist es erforderlich, rund um die
den Brenner enthaltende Kammer, in der sich aufgrund des
Widerstandes, den der Wärmetauscher dem Abströmen der Ab
gase entgegensetzt, ein Überdruck herrscht, einen Bereich
vorzusehen, in dem ein Unterdruck herrscht, um im Falle
einer Leckage der Kammer ein Austreten der Abgase in den
Raum, in dem ein solches Heizgerät aufgestellt ist, zu
verhindern.
Die Regelung solcher Heizgeräte erfolgt in der Weise, daß
die Beaufschlagung des Brenners mit Gas und Luft dem je
weiligen Wärmebedarf angepaßt wird. Das Mischungsverhält
nis beider Gemischkomponenten, das durch die Luftzahl
beschrieben wird, soll dabei nur wenig über dem stöchio
metrischen Wert liegen und näherungsweise konstant sein
beziehungsweise einem auf die jeweilige Wärmebelastung
abgestimmten Wert entsprechen.
Zur Sicherung des optimalen Betriebes, aber auch aus
sicherheits- und regelungstechnischen Gründen ist eine
laufende Überwachung des Ist-Wertes der Luftzahl erfor
derlich. Sie soll bei Abweichungen durch Korrektur der
Gas- und beziehungsweise oder Luftdosierung eine Rückfüh
rung auf den Soll-Wert bewirken oder, wo das nicht mög
lich ist, den Brenner abschalten. Zur Anzeige des Ist-
Zustandes werden Sensoren zur Messung des Sauerstoffan
teiles im Rauchgas, der Brennraumtemperatur oder der Ge
schwindigkeit im Ansaugstutzen verwendet. Nachteilig da
bei sind vergleichsweise hohe Kosten und beziehungsweise
oder die erhebliche Gefährdung der Funktion durch thermi
sche und korrosive Belastungen.
Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß bei ei
ner Verminderung der Brennerleistung der Strömungswider
stand der in das Innere des Gehäuses zuströmenden Luft
durch Verstellung des Stellgliedes zwischen Luftkammer
und Gehäuseinnerem in vorgegebener Weise vergrößert und
bei Anhebung der Brennerleistung ebenso verkleinert wird.
Dies ermöglicht es, bei allen Änderungen der Brennerlei
stung den Innendruck im Gehäuse konstant zu halten. Dabei
wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß bei der mit
der Verringerung der Brennerleistung verbundenen Reduzie
rung des vom Gebläse geförderten Gemischvolumenstromes
durch Konstanthaltung eines Teilbetrages der Summe aller
Strömungswiderstände eine Verstimmung der Gebläsekennli
nie.
Die Rückführung auf den Soll-Wert ist dann identisch mit
der Rückführung der Verstimmung gegen Null. Sie wird da
durch erreicht, daß bei Verkleinerung der Brennerleistung
im Vergleich zum verstimmten Zustand ein zusätzlicher Wi
derstand in der Luftzuführung zum Gebläseinneren erzeugt
wird, bei Steigerung der Brennerleistung entsprechend
umgekehrt. Voraussetzung ist die eindeutige Verknüpfung
von Brennerleistung, Gebläsedrehzahl und Druckverlauf.
Die Überschreitung des Stellbereiches am Stellglied kann
zum Ausschalten des Brenners benutzt werden.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Heizgerät zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzuschla
gen.
Bei einem Heizgerät zur Durchführung des erfindungsgemä
ßen Verfahrens mit einem Vormisch-Gasbrenner, der samt
einem Wärmetauscher in einer im Inneren des gegenüber
der Umgebung, mit Ausnahme einer Luftzuführleitung, abge
dichteten Gehäuses des Heizgerätes angeordneten und ge
genüber diesem abgedichteten Kammer montiert ist, welche
Kammer mit einer Abgasleitung verbunden ist, wobei der
Brenner über ein regelbares Gasdurchsatz-Stellglied be
aufschlagt und ein den Brenner versorgendes, aus dem In
neren des Gehäuses ansaugendes Gebläse in seiner Drehzahl
abhängig vom Gasdurchsatz steuerbar ist und die Luftzu
führleitung in eine im Inneren des Gehäuses angeordnete
Luftkammer mündet, die über ein Stellorgan mit dem Inne
ren des Gehäuses verbunden ist, wird daher vorgeschlagen,
daß das Gasdurchsatz-Stellglied und der Gebläsemotor auf
elektrische Signale aus einem Steuergerät ansprechen, das
die Koppelung von Gas- und Luftstrom nach vorgegebenen
Soll-Werten steuert.
Durch diese Maßnahmen ist es möglich, das Heizgerät auch
im Teillastbereich optimal zu betreiben und einerseits
den Brenner in dem geplanten Umfang mit Gas und Luft zu
beaufschlagen, andererseits bei Grenzüberschreitung Risi
ken zu vermeiden. Dabei ist es auch möglich, auf eigene
Sensoren zu verzichten. Es genügt, die notwendigen Para
meter entsprechend deren gegebenen Zusammenhang zu
ändern.
Weiter kann vorgesehen sein, daß die Luftkammer mit dem
Inneren des Gehäuses durch ein Stellglied verbunden ist,
das direkt oder indirekt durch die Druckdifferenz zwi
schen beiden Räumen gesteuert ist, wobei das Stellglied
vorzugsweise durch ein Membranventil gebildet ist. In
diesem Fall ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau
einer Konstantdrucksteuerung, ohne daß es dazu einer
Elektronik oder eigener Sensoren bedarf.
Weiter kann vorgesehen sein, daß das Stellglied mit
Grenzwertgebern zum Abschalten des Brenners ausgestattet
ist, wodurch auf einfache Weise ein Abschalten des Bren
ners sichergestellt werden kann, wenn der Stellbereich
des Stellgliedes nicht mehr für eine Rückführung auf den
vorgesehenen Soll-Wert ausreicht.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläu
tert. Dabei zeigt
Fig. 1 schematisch ein erfindungsgemäßes Heizgerät,
Fig. 2 ein Steuerschema für das Gerät nach der Fig. 1,
Fig. 3 ein Diagramm der Druckverhältnisse im Heizgerät
nach der Fig. 1 und
Fig. 4 ein Belastungsdiagramm des Gerätes nach Fig. 1.
Das erfindungsgemäße Heizgerät weist ein dichtes Gehäuse
20 auf, in dessen Innenraum 19 eine dichte Kammer 7 ange
ordnet ist, in der der Brenner 6 und ein Wärmetauscher 8
angeordnet sind.
Diese Kammer 7 ist über die Abgasleitung 12 mit einem Ab
gasschacht oder einer Auslaßöffnung verbunden. Diese Ab
gasleitung 12 ist von einer Luftzuführleitung 9 umgeben,
die in das Innere des dichten Gehäuses 20 mündet und zur
Abgasleitung 12 koaxial angeordnet ist.
Weiter ragen eine Überwachungselektrode 14 zur Überwa
chung der Brennerfunktion und eine Zündelektrode 13 in
die Kammer 7, in die auch der Ausgang eines Gebläses 1
mündet, das Luft aus dem Innenraum des Gehäuses ansaugt
und in die Kammer 7 fördert, in der sich ein Überdruck
aufbaut, der durch den Widerstand bedingt ist, den der
Wärmetauscher 8 dem Abströmen der Abgase entgegensetzt.
Da bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Vormisch-
Gasbrenner 6 vorgesehen ist, mündet in die Ansaugöffnung
21 des Gebläses 1 eine Gasdüse 5, die über ein über elek
trische Signale verstellbares Gasstellglied 4, das in
einer Gasleitung 3 angeordnet ist, beaufschlagt ist.
An dem Heizwasservorlauf 16 des Wärmetauschers 8 ist ein
Vorlauftemperatursensor 15 angeordnet, der mit dem eben
falls im Gehäuse 20 angeordneten Steuergerät 18 verbunden
ist, an dem auch das Gasdurchsatz-Stellglied 4 und das
Gebläse 1 angeschlossen sind, und von diesem mit Steuer
signalen beaufschlagt werden.
Zur Regelung des Druckes im Gehäuseinnenraum 19 ist eine
Luftkammer 10 vorgesehen, in die das Luftzuführrohr 9 un
mittelbar mündet und die beispielsweise über ein Membran
stellventil mit dem Innenraum 19 des Gehäuses 20 verbun
den ist.
Bei einer Erhöhung des Soges des Gebläses 1 aufgrund ei
ner Erhöhung der Leistung des Brenners 6 biegt sich die
Membrane 22 des Membranstellventiles 11 stärker durch,
wodurch sich der mit der Membrane 22 bewegungsschlüssig
verbundene Ventilkörper 23 weiter vom Ventilsitz 24 ent
fernt und daher der Strömungswiderstand beim Durchströmen
der Luft durch das Membranstellventil 11 abnimmt. Dies
führt zu einer Konstanthaltung des Druckes im Inneren 19
des Gehäuses 20, trotz der Tendenz des Gebläses 1 diesen,
aufgrund der bei einer stärkeren Gasbeaufschlagung des
Brenners erforderlichen Erhöhung der Drehzahl des Geblä
ses und der damit verbundenen Verstärkung seiner Saugwir
kung, abzusenken.
Wie aus der Fig. 2 zu ersehen ist, verarbeitet das Steu
ergerät 18 die alternativ von einem nicht dargestellten
Raumthermostat und einem Außentemperatursensor kommenden
Signale oder die von einem Heizwasser-Temperatursensor
und einem Warmwasser-Temperatursensor kommenden Signale
für die Steuerung des Brenners. Dabei werden das Gas
stellventil 4 und das Gebläse 1 angesteuert, wobei die
Ansteuerung dieser beiden Elemente entsprechend der Be
triebskennlinie des Heizgerätes erfolgt, die in der Fig.
4 beispielsweise dargestellt ist und später näher erläu
tert werden wird.
Weiter kann noch ein Gehäusedrucksensor (nicht darge
stellt) im Inneren 19 des Gehäuses 20 vorgesehen sein,
der mit einem im Steuergerät 19 angeordneten Komparator
verbunden ist, der ein Luftstellventil, das wie das in
der Fig. 1 dargestellte Membranstellventil 11 den Ein
strömwiderstand der Luft variiert, entsprechend
ansteuert.
Fig. 3 zeigt den Druckverlauf im Heizgerät, aus dem er
sichtlich ist, daß an der Abgasseite ein Überdruck und an
der Luftseite ein Unterdruck herrscht.
Die Leistung des Brenners 6 ist im wesentlichen von der
Förderhöhe des Gebläses 1 abhängig, wobei vorausgesetzt
wird, daß der dem Brenner 6 zugeführten Luft eine dem
stöchiometrischen Verhältnis im wesentlichen entsprechen
de Gasmenge zugesetzt wird.
Beim Betrieb des Brenners 6 herrscht, wie aus der Fig. 3
ersichtlich, im Inneren 19 des Gehäuses 29 stets ein Un
terdruck, der durch entsprechende Abstimmung der Gebläse
förderhöhe mit den inneren und äußeren Strömungswider
ständen, die das Gebläse 1 bei der Nennwärmebelastung im
Betriebspunkt A (Fig. 4) zu überwinden hat, auf einen
bestimmten Wert eingestellt werden. Maßgebend sind dafür
die Widerstände in der Luftzuleitung, die Gebläsekennli
nie sowie sicherheitstechnische Gesichtspunkte. So soll
sich bei einer Laständerung der Druck im Inneren 19 des
Gehäuses nicht wesentlich ändern.
Der Nennlastpunkt A des Gebläses 1 entspricht dem
Schnittpunkt der Widerstandskennlinie AC des Heizgerätes
mit der durch die Speisespannung U1 und die Drehzahl n1
des Gebläses definierten Gebläsekennlinie U1, n1.
Bei einer reduzierten Last x QNB, wobei QNB die Nennlast
des Heizgerätes und x einen Faktor < 1 bedeutet, führt
eine zur Laständerung proportionale Ansteuerung des Ge
bläsemotors und des Gasdurchsatz-Stellgliedes zu den Be
triebspunkten für das Gebläse, die auf der Linie A-E-E′-B
liegen. Für sie gelten die folgenden Beziehungen:
Gegenüber dieser Gebläsekennlinie ist die Widerstands
kennlinie des Heizgerätes, wie aus der Fig. 4 zu ersehen
ist, gegen größere Förderhöhen des Gebläses zu verschie
ben, mit Ausnahme im Nennleistungspunkt A. Diese Ver
schiebung ergibt sich aus der Forderung, daß bei einer
Änderung des Gebläsevolumenstromes ein Teil des Gesamtwi
derstandes, und zwar der Widerstand des in das Gehäusein
nere 19 eingeführten Verbrennungsluftstromes, dargestellt
durch den Gehäusedruck, konstant bleiben soll, während
sich alle anderen Widerstandskomponenten entsprechend der
Gleichung (2) verhalten. Die proportionale Anpassung der
Gebläseansteuerung, insbesondere der Drehzahl des Geblä
ses führt daher nicht auf den gewünschten Betriebspunkt
D, sondern zu Punkt E′, für den die Beziehung
Hx′ < Hx,
gilt. Dies bedeutet, daß der Gehäuseunterdruck kleiner als erwartet ist.
Hx′ < Hx,
gilt. Dies bedeutet, daß der Gehäuseunterdruck kleiner als erwartet ist.
Diese Abweichung führt zum vorzeitigen Abschalten durch
den bei solchen Heizgeräten üblicherweise vorhandenen
Differenzdruckwächter oder zu einer Einengung des Modula
tionsbereiches der Leistung des Heizgerätes.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird dies dadurch
vermieden, daß das Gebläse bei Laständerungen nicht pro
portional zu x, sondern proportional zu x + x angesteu
ert wird. Das Korrekturglied x ist in Abhängigkeit vom
gewünschten Gehäuseunterdruck so zu bestimmen, daß die
durch den Punkt D gehende Gebläsekennlinie (Ux, nx) er
reicht wird.
Auf der für den neuen Belastungszustand angesteuerten Ge
bläsekennlinie Ux, nx muß der Gebläsebetriebspunkt vom
Punkt E nach dem Punkt D verschoben werden. Dies wird da
durch erreicht, daß der Widerstand des Luftstellgliedes
11, das den Durchlaß zwischen der Luftkammer 10 und dem
Inneren 19 des Gehäuses 20 steuert, angehoben wird.
Claims (6)
1. Verfahren zur Steuerung eines Heizgerätes mit
einem Vormisch-Gasbrenner, der samt einem Wärme
tauscher in einer im Inneren des gegenüber der
Umgebung, mit Ausnahme einer Luftzuführleitung,
abgedichteten Gehäuses des Heizgerätes angeord
neten und gegenüber diesem abgedichteten Kammer
montiert ist, welche Kammer mit einer Abgaslei
tung verbunden ist, wobei der Brenner über ein
regelbares Gasdurchsatz-Stellglied beaufschlagt
und ein den Brenner versorgendes, aus dem Inne
ren des Gehäuses ansaugendes Gebläse in seiner
Drehzahl abhängig vom Gasdurchsatz steuerbar ist
und die Luftzuführleitung in eine im Inneren des
Gehäuses angeordnete Luftkammer mündet, die über
ein Stellorgan mit dem Inneren des Gehäuses ver
bunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei ei
ner Verminderung der Brennerleistung der Strö
mungswiderstand der in das Innere des Gehäuses
zuströmenden Luft durch Verstellung des Stell
gliedes zwischen Luftkammer und Gehäuseinnerem
in vorgegebener Weise vergrößert und bei Anhe
bung der Brennerleistung ebenso verkleinert
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Druck im Gehäuseinneren des Heizge
rätes bei Änderung der Brennerleistung auf einem
Soll-Wert konstant gehalten wird.
3. Heizgerät zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 1 oder 2, mit einem Vormisch-Gasbren
ner, der samt einem Wärmetauscher in einer im
Inneren des gegenüber der Umgebung, mit Ausnahme
einer Luftzuführleitung, abgedichteten Gehäuses
des Heizgerätes angeordneten und gegenüber die
sem abgedichteten Kammer montiert ist, welche
Kammer mit einer Abgasleitung verbunden ist, wo
bei der Brenner über ein regelbares Gasdurch
satz-Stellglied beaufschlagt und ein den Brenner
versorgendes, aus dem Inneren des Gehäuses an
saugendes Gebläse in seiner Drehzahl abhängig
vom Gasdurchsatz steuerbar ist und die Luftzu
führleitung in eine im Inneren des Gehäuses an
geordnete Luftkammer mündet, die über ein Stell
organ mit dem Inneren des Gehäuses verbunden
ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasdurch
satz-Stellglied (4) und der Gebläsemotor (2) auf
elektrische Signale aus einem Steuergerät (18)
ansprechen, das die Koppelung von Gas- und Luft
strom nach vorgegebenen Soll-Werten steuert.
4. Heizgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich
net, daß die Luftkammer (10) mit dem Inneren des
Gehäuses (20) über ein Stellglied (11) verbunden
ist, das direkt oder indirekt durch die Druck
differenz zwischen beiden Räumen gesteuert ist.
5. Heizgerät nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Stellglied (11) ein Membran
ventil ist.
6. Heizgerät nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Stellglied (11) mit Grenzwert
gebern zum Abschalten des Brenners ausgestattet
ist.
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- 1990-11-20 DE DE4037397A patent/DE4037397A1/de not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP4086516A1 (de) * | 2021-05-07 | 2022-11-09 | Pilz GmbH & Co. KG | Verfahren zur überwachung eines betriebs eines gasbrennersystems und gasbrennersystem |
Also Published As
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