DE4206875A1 - Gasdruckregelsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gasdruckregelsystem für einen Gasverbraucher, insbesondere eine Gasheizan­ lage, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Gasdruckregelsysteme sind sogenannten Gasverbrau­ chern vorgeschaltet und haben die Aufgabe, über den einzuregelnden Gasdruck die dem Verbraucher zuge­ führte Gasmenge zu dosieren. Die Verbraucher selbst verfügen in der Regel über keine Querschnitts- oder Druckregelorgane, sondern lediglich über definierte Austrittsquerschnitte.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 78 06 916 ist be­ reits eine Gasheizanlage bekannt, mit einem in der Gasleitung eingesetzten Magnetventil sowie einem Druckwächter, mit dem, der Druck stromab des Ventils überwacht werden soll. Diese Einrichtung weist An­ schlüsse für weitere Magnetventile auf, bei deren Einsatz, z. B. beim Zündvorgang, erst ein Ventil mit relativ kleinem Durchlaßquerschnitt und dann weitere Ventile mit größerem Durchlaßquerschnitt geschaltet werden. Diese Einrichtung ist mechanisch sehr aufwendig und eignet sich nicht für eine fein­ fühlige Steuerung bzw. Regelung.

Es sind zwar bereits Verfahren zur Steuerung bzw. Regelung von Gasen von Schweiß- und Schneidgeräten bekannt (DE-A1 35 10 382), bei denen die Gasmengen­ steuerung bzw. -regelung durch Ansteuerung von Pro­ portionaldruckventilen erfolgt, diese unterliegen jedoch völlig anderen Betriebsabläufen und -bedin­ gungen, als sie bei Gasheizanlagen vorliegen.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein völlig anderes Gasdruckregelsystem zu entwickeln, mit dem unter Verwendung eines be­ kannten elektronischen Steuergeräts eine Regelung des Gasdruckes gemäß einem Solldruckverlauf für Verbraucher erfolgen kann, wobei darüber hinaus hohe Freiheitsgrade bei der Realisierung unter­ schiedlicher Solldrücke über der Zeit gegeben sein sollen.

Es ist darüber hinaus Aufgabe der Erfindung, ein Gasdruckregelsystem mit weniger mechanischem Bau­ aufwand zu realisieren.

Diese Aufgabe ist bei einem gattungsgemäßen Gas­ druckregelsystem durch die im Kennzeichen des Pa­ tentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst worden. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteran­ sprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend unter Angabe von erreichbaren Vorteilen beschrieben.

Diese zeigt schematisch ein Gasdruckregelsystem mit einem Gasdruckregler 1, der mit einer Einströmseite 2 an eine Gasversorgungsleitung (nicht dargestellt) und mit einer Abströmseite 3 an einen Verbraucher, z. B. eine Gasheizanlage (nicht dargestellt), ange­ schlossen ist.

Das über die Einströmseite 2 zuströmende Gas gelangt über einen Partikelfilter 4, einen Ventilsitz 5 eines Absperrventils 6 in einen Ventilgehäuseka­ nal 7 und von dort über einen Ventilsitz 8 eines als Proportionalventil arbeitenden elektromagne­ tisch antreibbaren Ventils 9 zur Abströmseite 3.

Das Absperrventil 6 versperrt den Querschnitt des Ventilsitzes 5 bei abgeschalteter Gasheizanlage und öffnet diesen, wenn vorgegebene Bedingungen für die Inbetriebnahme der Heizanlage, z. B. "Zündflamme an" und "Dosierventil 9 geschlossen", erfüllt sind.

Beim Öffnen und Schließen des Absperrventils 6 wird jeweils der volle Ventilhub ausgeführt.

Ein Schließkörper 10 des Absperrventils 6 ist mit einem Magnetkern 11 verbunden, der bei Ansteuerung des Absperrventils 6 bzw. Bestromung einer Magnet­ spule 12 diesen gegen die Kraft einer Druckfeder 13 in Richtung eines Gegenpols 14 bewegt und damit den Querschnitt am Ventilsitz 5 freigibt.

Das Proportionalventil 9 wird spätestens vor dem Öffnen des Absperrventils 6 zunächst immer in die Stellung "geschlossen" gefahren, wobei in dieser Stellung "geschlossen" der freie Querschnitt zwi­ schen dem Ventilsitz 8 und einem Schließkörper 15 nicht null, sondern definitionsgemäß auch einer Mindestöffnung entsprechend sein kann.

Der Kanal 3 weist einen Drucksensor 16 auf, der bei abgeschalteter Gasheizanlage über die Heizanlage den Atmosphärendruck mißt.

Nach Öffnen des Absperrventils 6 bei Inbetriebnahme der Heizanlage und je nach Definition der Stellung "geschlossen" des Proportionalventils 9 wird vom Drucksensor 16 ein Anstieg des Druckes auf der Aus­ strömseite 3 wahrgenommen. Damit kann die Funktion des Absperrventils 6 überprüft werden. Darüber hin­ aus dient das Signal des Drucksensors 16 als Füh­ rungsgröße für die Dosierung der dem Verbraucher bzw. der Heizanlage zugeteilten Gasmenge. Hierzu wird das Drucksensorsignal über eine Leitung 17 ei­ nem elektronischen Steuergerät 18 zugeführt. Je nach Anforderung des Betreibers der Heizanlage wird der erforderliche Gasströmungsanstieg durch einen zeitlich vorgegebenen Druckverlauf im geschlossenen Regelkreis zwischen Drucksensor 16 und dem Verstel­ len des Proportionalventils 9 mittels eines nicht im Detail dargestellten Stellantriebes gewährlei­ stet.

Der Schließkörper 15 ist vorteilhafterweise mit ei­ ner Kontur versehen, die in etwa einen linearen An­ stieg des freien Ventilöffnungsquerschnitts in Ab­ hängigkeit vom Ventilhub ergibt.

Zur Erfassung des Ventilhubes ist ein Hubsensor 19 vorgesehen. Das Steuergerät 18, das Proportional­ ventil 9 und das Absperrventil 6 sind über Signal­ leitungen 20 miteinander verbunden. Vorteil­ hafterweise kann das Proportionalventil 9 durch einen nicht dargestellten Schrittmotor angetrieben sein. Im Steuergerät 18 können Programme abgelegt sein, die unter Verarbeitung weiterer Betriebspara­ metersignale aktiviert werden, z. B. für eine An­ lauf- oder Auslaufsteuerung, wobei als weitere Pa­ rameter der Druck im Gasnetz und/oder der Heizwert des Gases in Frage kommen.

Das Steuergerät weist von außen zugängliche Ein­ stellelemente 21 auf, mit denen eine Anpassung an besondere Betriebsbedingungen erfolgen kann.

Diese Einstellelemente 21 sollen durch Eingriffsi­ cherungen vor unsachgemäßer Verstellung gesichert sein.

Sofern erforderlich, weist der Drucksensor 16 ein Anschlußrohr 22 für einen Referenzdruck auf. Da­ durch wird der Drucksensor 16 zum Differenzdruck­ sensor. Diese (alternative) Möglichkeit der Druck­ messung ist dann erforderlich, wenn der Druck im Brennraum nennenswert vom Atmosphärendruck ab­ weicht, wie dies insbesondere bei Einsatz des Gas­ druckregelsystems bei Gebläsebrennerheizanlagen der Fall sein kann. Es versteht sich von selbst, daß im Steuergerät 18 entsprechend den jeweiligen Anforde­ rungen an das Gasheizsystem fortlaufend ein Soll­ wert für den Gasdruck am Verbraucher gebildet wird, wobei in der Sollwertbildung neben der Anpassung an die gewünschte Heizleistung auch bei Start und Stopp des Brennerbetriebes die besonderen Erforder­ nisse für eine sichere Funktion und für einen weit­ gehend druckwellenfreien Betrieb berücksichtigt werden und der Gasdruck/Differenzdruck-Istwert fortlaufend mit dem aktuellen Sollwert verglichen wird und das Proportionalventil 9 in der Weise an­ gesteuert wird, daß sich die Abweichung verringert (geschlossener Regelkreis).

Vorteilhafterweise können die Regelparameter (I- und P-Anteil) in Abhängigkeit der Soll-Istwert-Ab­ weichung unterschiedlich gewählt werden.

Das erfindungsgemäße Gasdruckregelsystem ist uni­ versell einsetzbar für unterschiedliche Anforderun­ gen und weist einen geringen mechanischen Bauauf­ wand auf.

Claims (12)

1. Gasdruckregelsystem für einen Gasver­ braucher, insbesondere eine Gasheizanlage, mit ei­ nem in einer Gasleitung angeordneten elektromagne­ tisch antreibbaren Ventil und einem den Ver­ braucherdruck stromab des Ventils erfassenden Drucksensor, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck­ sensor (16) den Verbraucher-Istdruck erfaßt und ei­ nem elektronischen Steuergerät (18) bereitstellt, in dem das Istdrucksignal zu einem Ansteuersignal für das als Proportionalventil (9) wirkende elek­ tromagnetisch antreibbare Ventil verarbeitet wird.

2. Gasdruckregelsystem nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß in der Gasleitung (2, 7) stromauf des Proportionalventils (9) ein Absperr­ ventil (6) angeordnet ist, das auf Ansteuersignale des Steuergerätes (18) anspricht.

3. Gasdruckregelsystem nach einem der An­ sprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Proportionalventil (9) einen Schließkörper (15) mit einer Kontur aufweist, die in etwa einen linearen Anstieg des freien Ventilöffnungsquerschnitts in Abhängigkeit vom Ventilhub ergibt.

4. Gasdruckregelsystem nach einem der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Proportionalventil (9) einen Hubsensor (19) zur Erfassung des Ventilhubes aufweist.

5. Gasdruckregelsystem nach einem der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Proportionalventil (9) durch einen Schrittmotor angetrieben wird.

6. Gasdruckregelsystem nach einem der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuergerät (18) abgelegte Programme unter Verar­ beitung von Signalen weitere Betriebsparameter ak­ tiviert werden.

7. Gasdruckregelsystem nach einem der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (18) von außen zugängliche Ein­ stellelemente (21) aufweist, mit denen eine Anpas­ sung an besondere Betriebsbedingungen erfolgen kann.

8. Gasdruckregelsystem nach Anspruch 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einstellelemente (21) durch Eingriffsicherungen vor unsachgemäßer Ver­ stellung gesichert sind.

9. Gasdruckregelsystem nach Anspruch 6, da­ durch gekennzeichnet, daß im Steuergerät (18) ent­ sprechend den jeweiligen Anforderungen an das Gas­ heizsystem fortlaufend ein Sollwert für den Gas­ druck am Verbraucher gebildet wird.

10. Gasdruckregelsystem nach Anspruch 6 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Sollwertbil­ dung neben der Anpassung an die gewünschte Heizlei­ stung auch bei Start und Stopp des Brennerbetriebes die besonderen Erfordernisse für eine sichere Funk­ tion und für einen weitgehend druckwellenfreien Be­ trieb berücksichtigt werden.

11. Gasdruckregelsystem nach Anspruch 6, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Gas­ druck/Differenzdruck-Istwert fortlaufend mit dem aktuellen Sollwert verglichen wird und das Propor­ tionalventil (9) in der Weise angesteuert wird, daß sich die Abweichung verringert (geschlossener Re­ gelkreis).

12. Gasdruckregelsystem nach einem der An­ sprüche 6, 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelparameter (I- und P-Anteil) in Abhän­ gigkeit der Soll-Istwert-Abweichung unterschiedlich gewählt werden.