DE4303579B4

DE4303579B4 - Heizgerät

Info

Publication number: DE4303579B4
Application number: DE4303579A
Authority: DE
Inventors: Joachim Berg; Oliver Reifenhäuser
Original assignee: Vaillant GmbH
Current assignee: VAILLANT GMBH, 42859 REMSCHEID, DE
Priority date: 1992-02-07
Filing date: 1993-02-08
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2013-02-09
Also published as: ATA20792A; AT401196B; DE4303579A1

Abstract

Heizgerät zur Bereitung von Heizwasser für eine Vor- und Rücklaufleitung aufweisende Heizungsanlage mit einem in einer Brennkammer angeordneten vom zu erwärmenden Heizwasser durchströmten Wärmetauscher, der von einem Brenner beaufschlagt ist, der über ein Gebläse mit einem Gas-Luft-Gemisch versorgbar ist, wobei zur Regelung der Drehzahl des Gebläses eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, die mit einem die Temperatur des Heizwassers in der Vorlaufleitung erfassenden Temperaturfühler und einem Vorlauftemperatur-Soll-Wertgeber verbunden ist und die Drehzahl des Gebläses in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Soll-Wert und der Vorlauftemperatur, sowie dem in der Brennkammer herrschenden Druck regelt, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (22) weiter mit einer die mittlere Temperatur des Heizwassers im Wärmetauscher (2) erfassenden Einrichtung verbunden ist, und die bei einer weitgehenden Übereinstimmung von Soll-Wert und Vorlauftemperatur die Drehzahl des Gebläses (3) in Abhängigkeit von der mittleren Temperatur des Heizwassers im Wärmetauscher (2) einstellt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Heizgerät zur Bereitung von Heizwasser für eine Vor- und Rücklaufleitung aufweisende Heizungsanlage mit einem in einer Brennkammer angeordneten vom zu erwärmenden Heizwasser durchströmten Wärmetauscher, der von einem Brenner beaufschlagt ist, der über ein Gebläse mit einem Gas-Luft-Gemisch versorgbar ist, wobei zur Regelung der Drehzahl des Gebläses eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, die mit einem die Temperatur des Heizwassers in der Vorlaufleitung erfassenden Temperaturfühler und einem Vorlauftemperatur-Soll-Wertgeber verbunden ist und die Drehzahl des Gebläses in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Soll-Wert und der Vorlauftemperatur regelt. Die Brennerleistung stellt sich entsprechend dem in der Brennkammer herrschenden Druck ein.
Bei bekannten derartigen Heizgeräten ist die Regeleinrichtung lediglich mit einem die Temperatur des den Wärmetauscher verlassenden und die Vorlaufleitung einer Heizungsanlage speisenden Wassers und einem den Soll-Wert desselben vorgebenden Geber eingangsseitig verbunden. Die Regelung der Drehzahl des Gebläses kann daher nur in Abhängigkeit von der Temperatur des Vorlaufwassers beziehungsweise von der Differenz zwischen dem vorgegebenen Soll-Wert und der Vorlauftemperatur erfolgen.
Wird ein solches Heizgerät zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades so betrieben, daß die Brenngase im Bereich des Wärmetauschers kondensieren, so setzen sich die Lamellen des Wärmetauschers langsam mit Kondensat zu, bis sich abhängig vom Grad der Kondensation ein Gleichgewicht zwischen zu und abströmendem Kondensat einstellt.
Durch die Kondensation ergibt sich im Vergleich zum nichtkondensierenden Betrieb ein geänderter Strömungswiderstand des Wärmetauschers, wodurch sich das Druckniveau im Heizgerät ändert. Eine Erhöhung des Druckes im Gerät zieht aufgrund der vom Druck in der Brennkammer abhängigen Regelung des Gas-Luft-Gemisches über die Drehzahl des Gebläses zu einer Verminderung der Leistung des Brenners.
Durch diese Leistungsminderung ergibt sich der Nachteil, daß sich die untere Modulationsgrenze verschiebt.
Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Heizeinrichtung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei der es möglich ist, eine Leistungsverminderung aufgrund der Kondensation zu vermeiden.
Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, daß die Regeleinrichtung weiter mit einer die mittlere Temperatur des Heizwassers im Wärmetauscher erfassenden Einrichtung verbunden ist, und die bei einer weitgehenden Übereinstimmung von Soll-Wert und Vorlauftemperatur die Drehzahl des Gebläses in Abhängigkeit von der mittleren Temperatur des Heizwassers im Wärmetauscher einstellt.
Durch diese Maßnahmen ist es möglich den Grad der Kondensation im Bereich des Wärmetauschers zu berücksichtigen. Dabei hat sich gezeigt, daß der Grad der Kondensation von der mittleren Heizwassertemperatur im Wärmetauscher abhängt. Bei niedrigen mittleren Heizwassertemperaturen sind die Bereiche des Wärmetauschers, die ständig mit Kondensat gefüllt sind größer als bei hohen mittleren Heizwassertemperaturen.
Durch die mittlere Temperatur des Heizwassers erfassende Einrichtung ist es möglich den Grad der Kondensation im Wärmetauscher zu erfassen und die Regelung des Gebläses entsprechend zu beeinflussen, wobei eben die Drehzahl des Gebläses bei weitgehender Übereinstimmung des eingestellten Soll-Wertes für die Vorlauftemperatur mit deren tatsächlichem Wert in Abhängigkeit von der mittleren Heizwassertemperatur im Wärmetauscher geregelt wird. Dabei wird mit steigender mittlerer Heizwassertemperatur die Drehzahl des Gebläses abgesenkt.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Einrichtung zur Erfassung der mittleren Temperatur des Heizwassers im Wärmetauscher durch einen in der Mitte des Wärmetauschers, zum Beispiel im Bereich eines mittleren Krümmers angeordneten Temperaturfühler gebildet ist.
Auf diese Weise ergibt sich ein sehr einfacher Aufbau des erfindungsgemäßen Heizgerätes. Grundsätzlich kann die mittlere Heizwassertemperatur aber auch durch Erfassung der Temperatur des in den Wärmetauscher einlaufenden Wassers, der Rücklauftemperatur, und der Vorlauftemperatur und Mittelung dieser beiden Werte ermittelt werden.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch ein erfindungsgemäßes Heizgerät,
2 und 3 Diagramme, die den Zusammenhang zwischen der Drehzahl des Gebläses und der Leistung des Brenners in Abhängigkeit von verschiedenen mittleren Heizwassertemperaturen zeigen und
4 schematisch den Programmablauf des Verfahrens.
In allen vier Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.
In einem Gehäuse 5 ist eine Brennkammer 6 angeordnet, in der ein Brenner 7, der als Sturzbrenner ausgebildet ist, und ein von diesem beaufschlagter Wärmetauscher 2 angeordnet sind.
Unterhalb des Wärmetauschers 2 ist ein sich verjüngender Abzug 8 für die Brenngase angeordnet, von dem ein mit einem Siphon 9 versehener Ablauf 10 für anfallendes Kondensat und ein Rauchgasabzug 11 abzweigen, wobei letzterer außen entlang der Brennkammer 6 geführt ist.
Oberhalb der Brennkammer 6 ist ein Gebläse 3 angeordnet, das ein über nicht dargestellte Einrichtungen aufbereitetes Gas-Luft-Gemisch, das über eine Leitung 12 zum Gebläse gelangt, mit einem entsprechenden Druck dem Brenner 2 zuführt.
Eine Rücklaufleitung 13 der nicht dargestellten Heizungsanlage, ist über eine Pumpe 14 mit dem Einlauf des Wärmetauschers 2 verbunden, der zwei über einen Krümmer 15 verbundene, vom zu erwärmenden Heizwasser durchströmte Rohre 16, 17 aufweist, die Lamellen 18 durchsetzen. Der Auslauf des Wärmetauschers 2 ist über einen weiteren Krümmer 19 mit dem Inneren eines Doppelmantels der Brennkammer 6 verbunden, dessen Auslauf 21 mit einer Vorlaufleitung 20 verbunden ist.
Im Bereich des Krümmers 15 des Wärmetauschers 2 und somit im Mittenbereich des Wärmetauschers 2 ist ein Temperaturfühler 1 angeordnet. Desgleichen ist im Bereich des Auslaufs 21 des Doppelmantels der Brennkammer 6 ein weiterer Temperaturfühler 4 zur Erfassung der Vorlauftemperatur angeordnet, wobei die beiden Temperaturfühler 1, 4 mit einer Regeleinrichtung 22 eingangsseitig verbunden sind. Weiter ist eingangsseitig der Regeleinrichtung 22 ein nicht dargestellter Vorlauftemperatur-Soll-Wertgeber angeschlossen.
An den Ausgang der Regeleinrichtung 22 ist ein Motor 23, der das Gebläse 3 antreibt, angeschlossen.
Die Regelung des Motors 23 erfolgt in Abhängigkeit vom eingestellten Soll-Wert der Vorlauftemperatur, der tatsächlichen Vorlauftem peratur und der mittleren Temperatur des Heizwassers im Wärmetauscher 2 entsprechend einem der in den 2 und 3 dargestellten Diagramme.
Nach der 2, die ein Diagramm der Drehzahl des Gebläses 3 in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur in Bezug auf den eingestellten Soll-Wert und der mittleren Heizwassertemperatur im Wärmetauschers 2 zeigt, wird bei einer Vorlauftemperatur, die dem eingestellten Soll-Wert entspricht, wobei darunter eine Abweichung in der Größenordnung weniger Kelvin zu verstehen ist, die minimale Drehzahl des Gebläses 3 in Abhängigkeit von der mittleren Temperatur des Heizwassers T_HW, die vom Temperaturfühler 1 erfaßt wird, geregelt. Dadurch ergibt sich, wie aus der 2 zu ersehen ist eine entsprechende Kurvenschar. Dabei weisen die einzelnen Kurven zwischen der jeweiligen mittleren Heizwassertemperatur T_HW entsprechenden Drehzahl, die bis zu einer um wenige Kelvin gegenüber dem Soll-Wert verminderten Vorlauftemperatur eingehalten wird und der der Nennleistung Q_NB des Brenners 7 entsprechenden maximalen Drehzahl des Gebläses 3 einen linearen Verlauf auf. Dabei ergibt sich durch die Absenkung der Drehzahl des Gebläses 3 bei Erreichung der vorgesehenen Vorlauftemperatur beispielsweise eine Belastung des Brenners von ca. 30 % der Brenner-Nennleistung Q_NB.
Die Regelung des Gebläses 3 nach der 3 unterscheidet sich von jener nach der 2 dadurch, daß die Drehzahl des Gebläses 3 lediglich nach einer linearen Drehzahlkurve, die nach den Gegebenheiten bei der höchsten mittleren Heizwassertemperatur T_HW gewählt ist. Bei dieser ergibt sich, wenn die Vorlauftemperatur dem eingestellten Soll-Wert entspricht, die niedrigste Drehzahl des Gebläses 3.
Bei niedrigeren mittleren Heizwassertemperaturen T_HW ergeben sich im Bereich von dem eingestellten Soll-Wert entsprechenden Vorlauftemperaturen entsprechend höhere Drehzahlen des Gebläses 3, die bei Absinken der Vorlauftemperatur so lange beibehalten werden, bis der Schnittpunkt mit der Drehzahlkurve 24 erreicht ist und bei weiterem Absinken der Vorlauftemperatur die Drehzahl des Gebläses 3 entsprechend der Drehzahlkurve 24 erhöht wird. Somit wird der Druck im Inneren der Brennkammer indirekt über die Temperatur des Heizwassers ermittelt und gesteuert.
Aus der 4 ist der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zu ersehen. Der Soll-Wertgeber 30 für die Vorlauftemperatur und der die Vorlauftemperatur erfassende Temperaturfühler 4 liefern entsprechende Signale, aus denen der Betrag der Temperaturdifferenz T_V zwischen dem Soll-Wert T_Vsoll und dem momentanen Ist-Wert T_Vist der Vorlauftemperatur ermittelt wird. Danach wird die erforderliche Drehzahl n_L1 des Gebläses 3 nach der Funktion nL1 = f(TV) ermittelt.
Ergibt sich nun nach dieser Funktion eine Drehzahl gleich Null, das heißt ein Stillstand des Gebläses 3 und damit des Brenners, so wird der Betrag der Temperaturdifferenz zwischen dem Soll- und dem Ist-Wert der Vorlauftemperatur wieder abgefragt.
Ergibt sich nach der oben angeführten Funktion eine von Null verschiedene Drehzahl für das Gebläse 3, so wird die erforderliche Drehzahländerung n_t in Abhängigkeit von der durch den Temperaturfühler 1 erfaßten Temperatur des Heizwassers T_HW und der Drehzahl n_L1 des Gebläses 3 nach der Funktion: nt = f(THW, nL1) ermittelt.
Anschließend wird die einzustellende Drehzahl n_L des Gebläses 3 nach der Beziehung nL = nL1 + nL errechnet und das Gebläse auf diesen Soll-Wert gefahren. Danach beginnt der Zyklus von neuem.

Claims

Heizgerät zur Bereitung von Heizwasser für eine Vor- und Rücklaufleitung aufweisende Heizungsanlage mit einem in einer Brennkammer angeordneten vom zu erwärmenden Heizwasser durchströmten Wärmetauscher, der von einem Brenner beaufschlagt ist, der über ein Gebläse mit einem Gas-Luft-Gemisch versorgbar ist, wobei zur Regelung der Drehzahl des Gebläses eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, die mit einem die Temperatur des Heizwassers in der Vorlaufleitung erfassenden Temperaturfühler und einem Vorlauftemperatur-Soll-Wertgeber verbunden ist und die Drehzahl des Gebläses in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Soll-Wert und der Vorlauftemperatur, sowie dem in der Brennkammer herrschenden Druck regelt, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (22) weiter mit einer die mittlere Temperatur des Heizwassers im Wärmetauscher (2) erfassenden Einrichtung verbunden ist, und die bei einer weitgehenden Übereinstimmung von Soll-Wert und Vorlauftemperatur die Drehzahl des Gebläses (3) in Abhängigkeit von der mittleren Temperatur des Heizwassers im Wärmetauscher (2) einstellt.
Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erfassung der mittleren Temperatur des Heizwassers im Wärmetauscher (2) durch einen in der Mitte des Wärmetauschers (2), zum Beispiel im Bereich eines mittleren Krümmers (15) angeordneten Temperaturfühler (1) gebildet ist.