DK159216B - Indretning til fastlaeggelse af ind- og udkoblingsperioderne af en braender i et varmtvands-varmeanlaeg - Google Patents

Description

DK 159216 B

Opfindelsen angår en indretning til fastlæggelse af ind- og udkoblingsperioderne af en brænder, som opvarmer en lille varmeveksler i et varmtvands-varmeanlæg med flere parallelkoblede, hver med en ventil, fortrinsvis termostatventil, i 5 serie liggende radiatorer, ved hvilket varmeveksleren er koblet i serie med en cirkulationspumpe og parallelt hermed en med et drosselsted, fortrinsvis en konstanttrykventil, forsynet overstrømsledning mellem fremløbs- og tilbageløbsledning, og ved hvilket der er anbragt en temperaturføler, 10 som måler temperaturen af det fra varmeveksleren udtrædende vand, samt et heraf påvirket kredsløb til ind- og udkobling af brænderen.

Små varmevekslere eller kedler fås især ved gasopvarmede varmtvands-varmeanlæg, men også ved nogle olieopvarmede an-15 læg. De indeholder, med hensyn til brændereffekten, kun meget lidt vand, fx 0,5 1-11. Dette er i modsætning til de normale olieopvarmede kedler, som fx indeholder 50 1 - 100 1 vand. Fordi en sådan lille varmeveksler termisk har lille træghed, fører styringen med en sædvanlig kedeltermostat, 20 som fx er indstillet på en temperaturdifferens på 6° - 10°C, til en kort omkoblingsperiode, altså en meget hyppig ind- og udkobling af brænderen, i gennemsnit med en start per minut.

Den af brænderen bevirkede temperaturforhøjelse af det gennem varmeveksleren strømmende vand er betydelig højere end 25 den indstillede temperaturdifferens. En sådan koblingshyppighed giver en meget dårlig virkningsgrad ved forbrændingen og en formindsket levetid af varmeveksleren. Desuden fås tab i skorstenen og til omgivelserne. Ofte føles den med koblingsprocesserne forbundne støj generende.

30 Man kender derfor allerede en indretning af den i indledningen beskrevne art (DE-OS 23 02 051), ved hvilken en termostat, som fx ved 90°C afbryder gastilførslen til brænderen, er udstyret således, at den reagerer trægt. På denne måde forlænges indkoblingsvarigheden og udkoblingsvarigheden.

2

DK 159216 B

Dette er imidlertid kun muligt i meget begrænset omfang, fordi der ved for stor træghed er fare for, at ved mindre og middelstore gennemstrømningsmængder stiger vandtemperaturen, inden denne termostat reagerer så meget, at grænsetemperatu-5 ren i mellemtiden er overskredet, og det samlede anlæg er frakoblet. Den kendte indretning indeholder endvidere en mindre træg termostat, som reagerer ved en noget højere temperatur, fx 100°C, og udkobler brænderen samt cirkulationspumpen. Herved opnås, at ved mindre varmebehov forlænges ud-10 koblingsperioderne og brændtiderne.

Formålet med opfindelsen er at angive en indretning af den i indledningen beskrevne art, som uafhængig af varmeanlæggets varmebehov tillader at arbejde med forholdsvis lange omkoblingsperioder.

15 Denne opgave løses ifølge opfindelsen ved, at kredsløbet har en integrator, som tilføres differensen mellem en forudbestemt referencetemperatur og den af temperaturføleren målte måletemperatur, og en kontakt med hysterese, som bevirker indkoblingen af brænderen, når integrationsværdien når den 20 ene grænseværdi af hysteresekontakten, og bevirker udkoblingen af brænderen, når integrationsværdien når den anden grænseværdi.

Ved en sådan konstruktion af indretningen holdes fremløbs-temperaturen ikke mere tilnærmelsesvis på en børværdi. I 25 stedet for sørges der for, at en omkoblingsperiodes middeltemperatur, altså summen af indkoblings- og udkoblingsperiode, er lig med den ønskede referencetemperatur. Herved gøres der brug af den kendsgerning, at ved målestedet bag varmeveksleren måles allerede kort efter udkoblingen af brænderen 30 på grund af den videre løbende cirkulationspumpe en til returtemperaturen svarende temperaturværdi. I indkoblingsperioden måles en temperaturværdi, som er en af gennemstrømningsmængden afhængig værdi større end returtemperaturen.

DK 159216 8 3

Referencetemperaturen ligger mellem disse to temperaturværdier. Som følge heraf tilføres integratoren automatisk og uden målestedsomkobling afvekslende en positiv og en negativ temperaturdifferens, som på tilsvarende måde bevirker en in-5 tegration henholdsvis opad eller nedad. Ind- og udkoblingsperioderne fås ved hjælp af integrationstiderne indtil opnåelse af den pågældende grænseværdi af hysteresekontakten.

Herved tages der automatisk hensyn til, at indkoblingstider-ne skal være så meget kortere, jo færre radiatorer der gen-10 nemstrømmes af det varme vand på grund af indstillingen af deres ventiler. For ved den indkoblede brænder stiger vandets temperatur ved gennemstrømningen gennem varmeveksleren så meget mere, jo mindre den gennemstrømmende mængde er. Integratoren tilføres derfor en tilsvarende stor temperatur-15 differens, hvad der giver en kort integrationstid for indkoblingsperioden. Skønt fremløbstemperaturen svinger mellem to værdier, påvirker dette ved passende valg af integrationskonstanterne ikke komfortfornemmelsen i de opvarmede rum, fordi radiatorerne reagerer så trægt, at temperaturskiftet 20 ikke bemærkes. Temperaturfølerens reaktionsmåde spiller for varigheden af omkoblingsperioden en underordnet rolle. Især kan der også benyttes hurtigt reagerende følere.

Gunstig er en indstillingsanordning til fastlæggelse af integrationskonstanterne. Herved kan der foretages en tilpas-25 ning til de givne forhold i et individuelt varmeanlæg.

Endvidere anbefales det at anbringe en indstillingsanordning til fastlæggelse af referencetemperaturen. Herved kan temperaturen tilpasses det behov, der forventes. 1 stedet for kan der også anbringes en anden indstillingsan-30 ordning til fastlæggelse af en mindste værdi af referencetemperaturen og en, af et belastningsparameter afhængig, korrekturanordning til addition af en belastningsafhængig korrekturværdi. Især kan korrekturanordningen have en ude- 4

DK 159216 B

temperaturføler, og udetemperaturen kan tjene som belastningsparameter. En sådan belastningsafhængig styring giver en endnu bedre tilpasning til det varmebehov, der forventes.

Ved en foretrukken udførelsesform er der sørget for, at tem-5 peratiirføleren er en temper atur afhængig modstand i en brokobling, hvis brospænding forstærkes af en broforstærker, at indstillingsanordningen til fastlæggelse af referencetempe-raturen er en spændingsdeler med indstilleligt udtag, at in-tegratoren har en integrationsforstærker, hvis inverterende 10 indgang kan tilføres broforstærkerens udgangssignal, og hvis ikke-inverterende indgang kan tilføres en ved hjælp af spæn-dingsdeleren indstillelig spænding, og hvis udgang over en integrationskondensator er forbundet med den inverterende indgang, og at hysteresekontakten har en operationsforstær-15 ker, hvis inverterende indgang er tilsluttet en fast spænding, hvis ikke-inverterende indgang er forbundet med integrationsforstærkerens udgang, og hvis udgang over en ohmsk modstand er forbundet med den ikke-inverterende indgang. Man ser, at den samlede indretning kan bestå af meget enkle kom-20 ponenter.

Yderligere er integrationsforstærkerens inverterende indgang forankoblet af et potentiometer, over hvis udtag integrationskondensatoren er tilsluttet. Ved indstilling af udtaget kan integrationskonstanten ændres.

25 Endvidere kan der være sørget for, at den indstillelige spænding kan aftages på en summationsmodstand, som kan tilføres en første, ved hjælp af indstillingsanordningen, indstillelig strøm og en anden strøm, som aftager ved tiltagende udetemperatur. På denne måde fås en udetemperaturafhængig 30 fastlæggelse af den forudbestemte temperatur. Indstillingsanordningen tjener efter frit valg til fastlæggelse af en mindste værdi af referencetemperaturen eller - hvis den anden strøm ikke tilføres - til indstilling af referencetemperaturen.

DK 159216 B

5

Endvidere kan der anvendes en temperaturføler, som reagerer så hurtigt, at den også er nyttig for den maksimale temperaturbegrænsning. Da man derved kan spare en føler for hurtig frakobling ved opnåelse af grænsetemperaturen, fås en til-5 svarende forenkling og billiggørelse.

Opfindelsen forklares nærmere nedenstående ved hjælp af et på tegningen vist, foretrukket udførelseseksempel, der viser i fig. 1 en skematisk fremstilling af et varmeanlæg med 10 brænder, fig. 2 et blokdiagram af indretningen ifølge opfindelsen, fig. 3 tidsforløbene for måletemperaturen Tp, integra tionsspændingen Vi og brændersignalet Br, fig. 4 den samme tidsmæssige fremstilling ved en mindre 15 gennemstrømningsmængde og fig. 5 et diagram af indretningen ifølge opfindelsen.

Det i fig. 1 viste varmeanlæg har flere radiatorer 1A - 1E, som hver er forankoblet af en termostatventil 2A - 2E. Radiatorerne ligger parallelt med hinanden mellem fremløbsled-20 ningen 3 og tilbageløbsledningen 4. En varmeveksler 5 eller kedel med et meget lille vandindhold opvarmes af en brænder 6. Den ligger i serie med en cirkulationspumpe 7. Desuden er der mellem fremløbsledning 3 og tilbageløbsledning 4 koblet en overstrømsledning 8 med en overstrømsventil 9, som kan 25 holde trykket mellem fremløb og tilbageløb konstant. Styringen af brænderen sker ved hjælp af en ventil 10, som kan ind- og udkoble brændstoftilførslen. Den aktiveres af en kredsløbsanordning 11, som tilføres en måletemperatur Tp fra en temperaturføler 12 på varmevekslerens 5 udgang og 6

DK 159216 B

desuden udetemperaturen TQ fra en udetemperaturføler 13.

Desuden er der anbragt en indstillingsanordning 14, over hvilken en referencetemperatur Tg kan tilføres.

Når brænderen 6 ikke er indkoblet, er måletemperaturen Tp 5 lig med returtemperaturen Tp. Når brænderen 6 derimod er indkoblet, overføres en varmeeffekt Prø til vandet i varmeveksleren 5, således at dens temperatur stiger med værdien ΔΤ. Temperaturstigningen er omvendt proportional med mængden af det per tidsenhed gennemstrømmende vand. Ved den ind-10 koblede brænder er måletemperaturen Tp = Tr + ΔΤ så meget større, jo mindre den cirkulerede vandmængde er. Er samtlige radiatorventiler 2A - 2E lukkede, og står derfor kun ventilen 9 åben i. overstrømsledningen 8, indtager Tp en høj værdi. Er derimod samtlige radiatorer i drift, er 15 Tp lav.

Blokdiagrammet i fig. 2 viser, at differensen mellem måletemperaturen Tp og referencetemperaturen Tg dannes i en sammenligner 15, at denne differens multipliceres i en multiplikationsanordning 16 med faktoren Ki, og det hele inte-20 greres i en integrator 17. Integrationsspændingen ledes til en hysteresekontakt 18, som ved opnåelse af grænseværdierne Vjj og Vi2 omkobler brændersignalet Br til en af de to værdier 0 eller 1. Brænderen 6 overfører derfor enten varme-effekten Prø eller 0 til varmeveksleren 5. På dennes udgang 25 fås derfor en måletemperatur Tp, som ved manglende opvarmning er lig med tilbageløbstemperaturen Tr og ved eksisterende opvarmning er lig med Tr + ^ t.

Dette fører til den i forbindelse med fig. 3 og 4 beskrevne driftsmåde. Måletemperaturen Tp skifter, som netop beskre-30 vet mellem Tr og Tr + Δ T. Referencetemperaturen Tg ligger derimellem. Som følge heraf integreres der afvekslende opad og nedad af integratoren 17, hvorved den pågældende integrationstid er afsluttet, når integrationsspændingen

DK 159216 B

7 har nået en af hysteresekontaktens 18 grænseværdier Vjj eller Vi2* I fig. 3 antages det, at et flertal af radiatorerne er i drift, og på grund af den store gennemstrømningsmængde er 5 temperaturforhøjelsen δΤ forholdsvis lille, er nemlig netop det dobbelte af differensen (Tg - Tr) . Som følge heraf fås, som vist ved brændersignalets Br tidsudløb, indkoblingstider for brænderen 6, som netop udgør 50% af omkoblingsperioden.

10 I fig. 4 forudsættes derimod, at radiatorerne for størsteparten er lukkede, og på grund af den tilsvarende mindre cirkulerede vandmængde er temperaturforhøjelsen ΔΤ ved den indkoblede brænder 6 væsentlig højere, idet den nemlig udgør det 5-dobbelte af differensen (Tg - Tr). Som følge heraf 15 fås ved den indkoblede brænder ved integrationen af differensen (Tp - Tg) et stejlt fald af integrationsspændingen Vj[ og en tilsvarende kort indkoblingstid. Brændersignalet Br viser, at indkoblingstiden kun udgør ca. 20% af omkoblingsperioden. I begge tilfælde er omkoblingsperioden 20 imidlertid så lang, at brænderen kun indkobles omtrent 1 -10 gange, fortrinsvis 3-6 gange i timen.

Kredsløbet i fig. 5 består af flere bestanddele, nemlig en måletemperatur-signalgiver 19, en udetemperatur-signalgiver 20, indstillingsanordningen 14, en forstærker 21, en kombi-25 neret sammenligner-integrator 15 - 17 og hysteresekontakten 18 med et udgangsforstærkertrin 22.

Måletemperatur-signalgiveren 19 har temperaturføleren 12 i form af en temperaturafhængig modstand, som er anbragt i en brokobling 23. En broforstærker 24 omsætter den temperatur-30 afhængige modstandsværdi Rp til en tilsvarende spænding Vp ifølge det viste diagram.

8

DK 159216 B

Udetemperatur-signalgiveren 20 har udetemperaturføleren 13 i form af en temperaturafhængig modstand i en brokobling 25, hvis brospænding omsættes af en broforstærker 25a således, at den temperaturafhængige modstandsværdi Rq omsættes til en 5 tilsvarende signalspænding Vg ifølge det viste diagram.

Denne spænding Vo sammenlignes ved hjælp af en sammenligner 26 med en fast spænding Vmax, således at der fås en korrekturspænding Vjj.

I indstillingsanordningen 14 er der en spændingsdeler 27, 10 hvis udtag 28 er forbundet med en transistors 29 basis. Denne transistor ligger i serie med en summationsmodstand 30.

På summationspunktet aftages derfor en forudbestemt spænding Vg, som, når kun indstillingsanordningen 14 er virksom, svarer til indstillingen af udtaget 28 på spændingsdeleren 15 27. Man kan derfor forudbestemme temperaturer mellem fx 25° og 80°C.

Når sammenlignerens 26 udgang også tilsluttes summationspunktet 31, danner det ved hjælp af indstillingsanordningen 14 forudbestemte signal den mindste værdi, som svarer til 20 den forudbestemte mindste referencetemperatur Tgmin, mens korrektursignalet Vg tiltager ved faldende udetemperatur, således at der for referencetemperaturen Tg fås den i diagrammet viste afhængighed af udetemperaturen T0.

Den kombinerede sammenligner-integrator 15 - 17 har en for-25 stærker, hvis inverterende indgang tilføres broforstærkerens 24 udgangsspænding Vp, som svarer til måletemperaturen, og hvis ikke-inverterende indgang tilføres summationsspændingen Vg, som svarer til referencetemperaturen. Udgangsledningen er over en kondensator 33 forbundet med udtaget 34 af et po-30 tentiometer 35, som er forankoblet den inverterende indgang. Herved kan integrationskonstanten indstilles. På integra-torudgangen fås integrationsspændingen Vi.

9

DK 159216 B

Hysteresekontakten 18 har igen en sammenligner 36, hvis inverterende indgang ligger på en fast spænding, mens den ikke- inverterende indgang tilføres integrationsspændingen V^.

Som følge heraf fås på udgangen brændersignalet Br* 5 Dette tilføres i udgangsforstærkeren 22 en transistor 37, der i ledende tilstand styrer et relæ 38, som er shuntet af en friløbsdiode 39 og aktiverer en kontakt 40, ved hvis hjælp magnetventilen 10 kan aktiveres til indkoblingen af brændstoftilførslen.

10 Alt i alt fås derfor en indretning til drift af en brænder, som er egnet for små varmevekslere og kan anvendes i forbindelse med sædvanligt konstruerede varmeanlæg, enten med eller uden termostatventiler. Ved en ændring af varmebehovet i et eller flere rum ændres fremløbstemperaturens middelværdi 15 ikke. Der fås en meget lang omkoblingsperiode, således at varmevekslerens virkningsgrad er stor. Periodetiden kan indstilles ved hjælp af integrationskonstanten Ki, for at man med mindst mulig svingning af rumtemperaturen får det mindste antal starter per time. Især kan den mindste omkoblings-20 periode indstilles for middelstore belastninger, hvorved de bliver større for mindre og større belastninger. Da referencetemperaturen er indstillelig, eller udetemperaturen efter-reguleres, kan varmetabet holdes på en mindste værdi.

Claims (8)

1. Indretning til fastlæggelse af (6) ind- og udkoblingsperioderne af en brænder (6)r som opvarmer en lille varmeveksler (5) i et varmtvands-varmeanlæg med flere parallelkoblede, hver med en ventil, fortrinsvis termo- 5 statventil (2A - 2E), i serie liggende radiatorer (1A — 1E), ved hvilket varmeveksleren (5) er koblet i serie med en cirkulationspumpe (7) og parallelt hermed en med et drosselsted, fortrinsvis en konstanttrykventil (9), forsynet overstrømsledning (8) mellem fremløbs- (3) og 10 tilbageløbsledning (4), og ved hvilket der er anbragt en temperaturføler (12), som måler temperaturen (Τρ) af det fra varmeveksleren (5) udtrædende vand, samt et heraf påvirket kredsløb (11) til ind- og udkobling af brænderen (6),kendetegnet ved, at kreds-15 løbet (11) har en integrator (17), som tilføres diffe rensen mellem en forudbestemt referencetemperatur (Tg) og den af temperaturføleren (12) målte måletem-peratur (Tp), og en kontakt med hysterese (18), som bevirker indkoblingen af brænderen (6), når integrati-20 onsværdien (Vi) når den ene grænseværdi (Vi2) af hyste- resekontakten, og bevirker udkoblingen af brænderen, når integrationsværdien når den anden grænseværdi (ViD.

2. Indretning ifølge krav 1,kendetegnet ved 25 en indstillingsanordning (16) til fastlæggelse af inte grationskonstanterne (Ki).

3. Indretning ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved en indstillingsanordning (14) til fastlæggelse af referencetemperaturen (Tg).

4. Indretning ifølge krav 3, kendetegnet ved. DK 159216 B at den anden indstillingsanordning (14) til fastlæggelse af en mindste værdi af referencetemperaturen (TSmin) også reguleres ved en, af et belastningsparameter afhængig, korrekturanordning til addition af en 5 belastningsafhængig korrekturværdi (Vr).

5. Indretning ifølge krav 4, kendetegnet ved, at korrekturanordningen har en udetemperaturføler (13), og udetemperaturen (TQ) tjener som belastningsparameter.

6. Indretning ifølge et af kravene 1-5, kendeteg net v e d, at temperaturføleren (12) er en temperaturafhængig modstand i en brokobling (23), hvis brospænding forstærkes af en broforstærker (24), at indstillingsanordningen (14) til fastlæggelse af referen-15 cetemperaturen (Tg) er en spændingsdeler (27) med indstilleligt udtag (28), at integratoren (17) har en integrationsforstærker (32), hvis inverterende indgang kan tilføres broforstærkerens udgangssignal (Vp), og hvis ikke-inverterende indgang kan tilføres en ved 20 hjælp af spændingsdeleren indstillelig spænding (Vg), og hvis udgang over en integrationskondensator (33) er forbundet med den inverterende indgang, og at hystere-sekontakten (18) har en operationsforstærker (36), hvis inverterende indgang er tilsluttet en fast spænding, 25 hvis ikke-inverterende indgang er forbundet med inte grationsforstærkerens udgang, og hvis udgang over en ohmsk modstand er forbundet med den ikke-inverterende indgang.

7. Indretning ifølge krav 6, kendetegnet ved, 30 at integrationsforstærkerens (32) inverterende indgang er forankoblet af et potentiometer (35), over hvis udtag (34) integrationskondensatoren (33) er tilsluttet. DK 159216 B

8. Indretning ifølge krav 6 eller 7, kendetegnet ved, at den indstillelige spænding (Vs) kan aftages på en summationsmodstand (30), som kan tilføres en første, ved hjælp af indstillingsanordningen (14), 5 indstillelig strøm og en anden strøm, som aftager ved tiltagende udetemperatur (Tq)·