DE4117611A1 - Einrichtung zur ueberwachung eines variablen luftstromes - Google Patents
Einrichtung zur ueberwachung eines variablen luftstromesInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur
kontinuierlichen Überwachung eines durch einen elektrisch angetrie
benen und von einem Drehzahlregler gesteuerten Ventilator erzeugten
variablen Luftstromes.
Eine bekannte Vorrichtung zur Überwachung des Luftvolumenstromes
basiert auf der Überwachung des von der Strömung an einer Meßblende
hervorgerufenen Differenzdruckes durch eine Druckmeßdose mit festem
Schaltpunkt. Unterschreitet der Luftstrom einen festen Wert, so
öffnet ein Schaltkontakt in der Druckmeßdose und schaltet das Gerät
ab. Wegen des festen Schaltpunktes kann dieses Verfahren bei der
Überwachung von Volumenströmen mit variablem Soll-Wert nur geringen
Genauigkeitsanforderungen genügen.
Für die Überwachung eines in zwei Stufen variablen Luftstromes wer
den daher bei einer bekannten Vorrichtung zwei Druckmeßdosen mit
unterschiedlichen Schaltpunkten eingesetzt. Für die Überwachung ei
nes stetig veränderlichen Luftstromes kann eine solche zweistufige
Überwachung immer noch zu ungenau sein.
Für die kontinuierliche Überwachung eines stetig variablen Luft
stromes sind Verfahren bekannt, die auf dem Hitzdrahtanemometer
prinzip basieren. Das Anemometer liefert ein dem Luftstrom propor
tionales Signal, so daß ein Soll-Ist-Vergleich bei jedem einstell
baren Volumenstrom möglich ist.
Nachteilig ist die Notwendigkeit relativ kleiner, empfindlicher
Fühler, die in direktem Kontakt mit dem zu überwachenden Luftstrom
stehen und damit der Gefahr der Verschmutzung und Korrosion ausge
setzt sind.
Es ist ein Verfahren bekannt, das zur Vermeidung der oben erwähnten
Probleme eine Kombination aus Luftstrom- und Drehzahlüberwachung
darstellt. Dabei wird oberhalb eines bestimmten Brennstoffdurch
satzes der Luftstrom mit einer Druckmeßdose überwacht. Unterhalb
dieses Durchsatzes wird die Drehzahl des Ventilators, die von einer
Regeleinrichtung an den Brennstoffdurchsatz angepaßt wird, über
wacht. Nachteilig hierbei ist, daß eine Verschlechterung des Luft
weges während des drehzahlüberwachten Betriebes nicht bemerkt wird.
Ziel der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs erwähnten
Art vorzuschlagen, die sich durch einen einfachen Aufbau auszeich
net und auch im Teillastbereich eine Erfassung des tatsächlichen
Luftdurchsatzes ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß eine Auswerteschal
tung vorgesehen ist, die eingangsseitig mit einer im Luftstrom an
geordneten Druckmeßdose mit festem Schaltpunkt, einem Drehzahlfüh
ler und einem die aufgenommene Leistung des Antriebes des Ventila
tors erfassenden Leistungsmesser verbunden ist, wobei die Auswerte
schaltung einen Rechner umfaßt, der aus der bei Erreichen des
Schaltpunktes der Druckmeßdose ermittelten Energieaufnahme des An
triebes des Ventilators den Wirkungsgrad des Ventilators errechnet,
wobei die Auswerteschaltung eingangsseitig von einem ein Maß für
den Luftbedarf darstellenden Signal beaufschlagt ist und ausgangs
seitig den Drehzahlregler in Abhängigkeit von dem ein Maß für den
Luftbedarf darstellenden Signal und dem errechneten Wirkungsgrad
beeinflußt.
Durch diese Maßnahmen ergibt sich ein sehr einfacher Aufbau der
Einrichtung.
Es können Änderungen im Wirkungsgrad des Ventilators einfach erfaßt
und dadurch eine sehr genaue Einhaltung des erforderlichen Luft
durchsatzes erreicht werden.
Die Leistungsaufnahme des Antriebes des Ventilators ist propor
tional zu dem Produkt aus Wirkungsgrad, mechanischer Belastung und
Drehzahl. Ist der Wirkungsgrad bekannt, so läßt sich aus der gemes
senen Leistung und der Drehzahl die mechanische Belastung, also der
Luftdurchsatz bestimmen.
Durch Bestimmung der Drehzahl und der Leistungsaufnahme des Venti
lators im Moment, in dem eine Druckmeßdose infolge eines bekannten
Luftdurchsatzes schaltet, so läßt sich der aktuelle Wirkungsgrad
des Ventilators ermitteln, und es können auf der Basis der jeweils
jüngsten Werte des Wirkungsgrades Schwankungen beziehungsweise
Alterungseffekte des Ventilators erfaßt werden. Unter der Annahme,
daß sich der Wirkungsgrad des Ventilators kurzfristig nicht ändert
und seine Drehzahlabhängigkeit bekannt ist, kann daher für jede
Drehzahl des Ventilators der Massedurchsatz des Ventilators errech
net werden und die Brennstoffzufuhr bei Unterschreiten der für den
aktuellen Brennstoffdurchsatz notwendigen Luftmenge abgeschaltet
werden, so daß ein die Umwelt unnötig belastender Betrieb vermieden
wird.
Die Benutzung der erfindungsgemäßen Einrichtung erfolgt in der
Weise, daß mit der Drehzahl des Ventilators so weit hochgefahren
wird, bis die Druckmeßdose schaltet. Zu diesem Zeitpunkt kann durch
den Rechner aus der Drehzahl, dem durch das Schalten der Druckmeß
dose bekannten Massendurchsatz und der aufgenommenen Leistung der
Wirkungsgrad des Ventilators errechnet werden.
Dabei kann bei einer Heizeinrichtung mit einer die Brennstoffzufuhr
zu einem Brenner steuernden Magnetventil und einer erfindungsgemä
ßen Einrichtung weiter vorgesehen sein, daß die Auswerteschaltung
ausgangsseitig die Freigabe des die Brennstoffzufuhr steuernden
Magnetventiles steuert.
Dadurch wird eine Vereinfachung der Steuerung einer Heizeinrichtung
erreicht.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung,
Fig. 2 schematisch ein mit einer erfindungsgemäßen Steuerung ver
sehenes Heizgerät und
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Auswerteschaltung.
Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Einrichtung, die zur Steuerung
21 des Heizgerätes nach der Fig. 2 dient.
Die Einrichtung nach der Fig. 1 weist eine Auswerteschaltung 1
auf, die eingangsseitig mit einem Vorlauftemperaturregler 2 einer
Heizungsanlage verbunden ist und einen Relaiskontakt 3 steuert, der
bei entsprechend weit abgesunkener Vorlauftemperatur geschlossen
wird und den Vorlauftemperaturregler 2 mit einem Gasfeuerungsauto
maten 4 verbindet, der ein Gasmagnetventil 5 steuert.
Der Vorlauftemperaturregler 2 ist mit einem Drehzahl-Soll-Wertgeber
6 verbunden, der auch mit einem Ausgang 41 der Auswerteschaltung 1
verbunden ist. Dieser Drehzahl-Soll-Wertgeber 6 ist weiter mit ei
nem Drehzahlregler 7 verbunden, der seinerseits mit einem Drehzahl
fühler 8 verbunden ist, der zum Beispiel durch einen Hallsensor ge
bildet sein kann. Dieser Drehzahlfühler 8 ist weiter mit der Aus
werteschaltung 1 verbunden.
In der Anspeisung des Antriebes 9 des Ventilators 10 ist weiter ein
Leistungsmesser 11 angeordnet, der ebenfalls mit der Auswerteschal
tung 1 verbunden ist. Im Luftstrom des Ventilators 10, zum Beispiel
in der Verbrennungsluftführung 20 des Heizgerätes nach der Fig. 2,
ist eine Druckmeßdose 12 angeordnet, die einen festen Schaltpunkt
aufweist und die mit der Auswerteschaltung 1 verbunden ist.
Wird bei einer Wärmeanforderung des Vorlauftemperaturreglers 2 über
den Gasfeuerungsautomaten 4 das Gasmagnetventil 5 geöffnet und da
mit auch der Ventilator 10 aktiviert, so wird die Drehzahl des Ven
tilators 10 so lange hochgefahren, bis die Druckmeßdose 12 schal
tet.
Da der Druck im Schaltpunkt festliegt und die Abmessungen des den
Luftstrom führenden Kanales ebenfalls bekannt sind, läßt sich der
Massendurchsatz ermitteln.
Die Auswerteschaltung 1 umfaßt einen Rechner, der aus der vom Lei
stungsmesser erfaßten Leistung, der zum Schaltzeitpunkt der Druck
meßdose 12 gegebenen Drehzahl des Ventilators 10 den Wirkungsgrad
desselben errechnet.
Während der Betriebszeit des Ventilators im Zuge eines Zyklusses
kann eine Änderung des Wirkungsgrades, mit Ausnahme der bekannten
durch Änderungen der Drehzahl des Ventilators 10 bedingten Änderun
gen ausgeschlossen werden. Aus dem bei einem bekannten Luftdurch
satz ermittlten Wirkungsgrad und dem bekannten Verlauf in Abhängig
keit von der Drehzahl läßt sich nun durch den Rechner zu jedem an
geforderten Luftdurchsatz die erforderliche Drehzahl des Ventila
tors errechnen und dieser Wert an den Drehzahl-Soll-Wertgeber 6
weiterleiten.
Damit läßt sich stets der erforderliche Massendurchsatz durch ein
fache Drehzahlsteuerung des Ventilators regeln, wobei eine Anpas
sung an die Alterung des Ventilators und damit dem Absinken seines
Wirkungsgrades gegeben ist.
Wird der Soll-Wert unterschritten, so wird über den Relaiskontakt 3
die Versorgung des Gasmagnetventiles 5 unterbrochen.
Die Fig. 2 zeigt einen Wasserheizer mit einem Brenner 13, der sich
unterhalb eines Wärmetauschers 14 befindet, dessen Vorlauf mit 15
und dessen Rücklauf mit 16 bezeichnet sind.
An der Oberseite des Wärmetauschers 14 schließt ein Abgassammler 17
und eine Abgasführung 18 an, in der sich der Ventilator 10 befin
det, der auch für die Zufuhr der Verbrennungsluft sorgt, die über
die vom Gehäuse 19 umschlossene Verbrennungsluftführung 20 zu
strömt, die die Abgasführung 18 ummantelt.
Die Steuerung 21, deren Aufbau aus der Fig. 1 zu ersehen ist,
steuert den Antrieb 9 des Ventilators 10 über eine Steuerleitung 22
in Abhängigkeit vom Brennstoffdurchsatz zum Brenner 13. Dazu ist
ein die Brennstoffzufuhr steuerndes Stellglied 23 über eine Steuer
leitung 24 mit dem den Brennstoffdurchsatz stetig beeinflussenden
Ventil 25 verbunden und über eine Steuerleitung 26 an die Steuerung
21 angeschlossen.
Ein übergeordnetes Magnetventil 5, das die Brennstoffzuführung 27
zum Brenner beherrscht, ist ebenfalls mit der Steuerung 21 verbun
den.
In der Verbrennungsluftführung 20 ist weiter eine Meßblende 29 an
geordnet, an deren beiden Seiten Meßleitungen 28 angeordnet sind,
die zu der Druckmeßdose 12 führen, die über die Leitung 30 mit der
Steuereinrichtung 21 verbunden ist.
Die Auswerteschaltung nach der Fig. 1 ist in der Fig. 3 darge
stellt. Registriert der Vorlauftemperaturregler 2 eine Wärmeanfor
derung, so liefert er ein Eingangssignal 37 an einen Sägezahngene
rator 35 der Auswerteschaltung 1, der ein ansteigendes Ausgangs
signal 41 an den Drehzahl-Soll-Wertgeber 6 liefert, wodurch die
Ventilatordrehzahl stetig gesteigert wird. Wenn die Druckmeßdose 12
schaltet, so liefert sie ein Signal 40 an eine Abtast-Halte-Schal
tung 32, die dann den augenblicklichen Wert eines ebenfalls zuge
führten drehzahlproportionalen Signales speichert und den gespei
cherten Wert an den Rechner 36 liefert.
Das drehzahlproportionale Signal wird mittels eines Frequenz-Span
nungsumsetzers 31 aus dem Eingangssignal 38 des Drehzahlfühlers 8
gewonnen und außer der Abtast-Halte-Schaltung 32 auch direkt dem
Rechner 36 zugeführt. Des weiteren wird dem Rechner 36 das auf
gleiche Weise und zum gleichen Zeitpunkt, nämlich dem Schalten der
Druckmeßdose 12, in einer weiteren Abtast-Halte-Schaltung 44 ge
speicherte, vom Leistungsmesser 11 kommende Eingangssignal 39 zuge
führt.
Der Rechner 36 errechnet aus dem für den Einschaltpunkt der Druck
meßdose 12 bekannten Luftdurchsatz und der dabei gemessenen Lei
stungsaufnahme und Drehzahl des Ventilators 10 den Wirkungsgrad
desselben. Aus diesem Wirkungsgrad und dem Aktuellen Meßwert von
Drehzahl und Leistung wird für alle aktuellen Werte ein Signal ge
bildet, bei dessen Bildung die bekannte Drehzahlabhängigkeit des
Wirkungsgrades des Ventilators 10 und seines Antriebes vom Rechner
36 berücksichtigt wird. Dieses gebildete Signal liegt an einem Kom
parator 33 an und wird von diesem mit dem Eingangssignal 43 vergli
chen, das ein Maß für die benötigte Leistung des Brenners 13 und
damit für den benötigten Luftdurchsatz darstellt. Ist das Signal 43
höher als das mit ihm verglichene Signal, so schaltet der Kompara
tor 33, gegebenenfalls nach einer internen Verzögerungszeit, über
die auf den Relaiskontakt 3 wirkende Relaisspule 34 das Gasmagnet
ventil 5 und damit die Brennstoffzufuhr ab.
Claims (2)
1. Einrichtung zur kontinuierlichen Überwachung eines durch
einen elektrisch angetriebenen und von einem Drehzahl
regler gesteuerten Ventilator erzeugten variablen Luft
stromes, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswerteschal
tung (1) vorgesehen ist, die eingangsseitig mit einer im
Luftstrom angeordneten Druckmeßdose (12) mit festem
Schaltpunkt, einem Drehzahlfühler (8) und einem die auf
genommene Leistung des Antriebes (9) des Ventilators
(10) erfassenden Leistungsmesser (11) verbunden ist, wo
bei die Auswerteschaltung (1) einen Rechner (36) umfaßt,
der aus dem bei Erreichen des Schaltpunktes der Druck
meßdose (12) ermittelten Energieaufnahme des Antriebes
(9) des Ventilators (10) den Wirkungsgrad des Ventila
tors (10) errechnet, wobei die Auswerteschaltung (1)
eingangsseitig von einem ein Maß für den Luftbedarf dar
stellenden Signal beaufschlagt ist und ausgangsseitig
den Drehzahlregler (7) in Abhängigkeit von dem ein Maß
für den Luftbedarf darstellenden Signal und dem errech
neten Wirkungsgrad beeinflußt.
2. Heizeinrichtung mit einer die Brennstoffzufuhr zu einem
Brenner steuernden Magnetventil und einer Einrichtung
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswer
teschaltung (1) ausgangsseitig die Freigabe des die
Brennstoffzufuhr steuernden Magnetventiles (5) steuert.
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