EP0194637A2 - Schaltung zum Ansteuern einer einen Brauchwasserspeicher aufladenden brennstoffbeheizten Wärmequelle - Google Patents
Schaltung zum Ansteuern einer einen Brauchwasserspeicher aufladenden brennstoffbeheizten Wärmequelle Download PDFInfo
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- EP0194637A2 EP0194637A2 EP86103198A EP86103198A EP0194637A2 EP 0194637 A2 EP0194637 A2 EP 0194637A2 EP 86103198 A EP86103198 A EP 86103198A EP 86103198 A EP86103198 A EP 86103198A EP 0194637 A2 EP0194637 A2 EP 0194637A2
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- F24H15/355—Control of heat-generating means in heaters
- F24H15/36—Control of heat-generating means in heaters of burners
Definitions
- the present invention relates to a circuit for driving a fuel-heated heat source that charges a domestic hot water tank according to the preamble of the main claim.
- a fuel-heated heat source is to be understood here to mean any type of boiler or circulating water heater, and an absorption heat pump could also be considered, it being possible for gas or oil to be provided as the fuel.
- the heating circulation pump By actuating the summer / winter switch, for example, the heating circulation pump is put out of operation, the heating mixer is closed and, in the case of a burner control system, a solenoid valve or the like which closes the heating circuit is closed.
- the heating mixer In the winter switch position, heating of both the domestic hot water tank and the heating system is enabled, with the domestic hot water tank generally having priority over the heating.
- the boiler In known systems, the boiler is clocked, that is, controlled in a pulse pause mode. The boiler can therefore only have the operating states "full power" or "zero power".
- a flow temperature Regulator provided on the boiler, which keeps the flow temperature of the heating system constant for a preselectable operation in two-point behavior or leads according to a defined program (outside temperature), whereby the flow temperature sensor is a switching controller, the switching contact of which switches both the heating circulation pump and the mixer into the corresponding states and at the same time the gas solenoid valve opens.
- the present invention has for its object to provide a circuit for controlling a fuel-heated heat source, in which the hot water tank with the maximum power of the heat source, the heating, however, can be acted upon both with the maximum power of the heat source and with continuous partial power.
- summer / winter operation according to the state of the art should be without any restrictions be possible.
- a burner 1 is shown only with respect to the heat source, which is supplied with gas via a gas line 2, two valves 3 and 4 being arranged in series in the gas line 2.
- the valve 4 only knows the switching states “open” and “closed” and is controlled by an electromagnet 5, which sends a corresponding control signal on line 6 from one
- Control 7 receives.
- the valve 3 is controlled by an electric servomotor 8, which is also connected to the controller 7 via an actuating line 9.
- the motor 8 is designed so that the valve 3 can assume any continuous intermediate position, so that in addition to the full power of the burner 1, any possible continuously adjustable intermediate output can also be predetermined when the valve 4 is fully open via the valve 3.
- the burner 1 heats a heat exchanger, not shown, be it a finned heat exchanger in a circulating water heater or a cast iron heat exchanger in a boiler to which return water is fed from a heating system and from which the flow water is drawn off with the aid of a pump, also not shown.
- the flow line branches off once to a heating circuit containing a heating element and to a domestic hot water tank, of which only a temperature sensor 10 is shown, which is exposed to the storage water and which actuates a switch contact 11.
- the switch contact 11 is closed when the domestic water in the storage tank has fallen below a preset temperature threshold, but is open when the domestic water is heated to the desired temperature.
- the memory still leaves a return line, not shown, which in the return line from the heating location opens, both being connected again to the heat exchanger assigned to burner 1.
- a line 12 extends from an operating voltage supply L, into which, in series, a mains switch 13 and a safety temperature limiter switch 14 are looped in and which leads to a branch point 15.
- a parallel connection of three branches starts from the branch point, of which the first branch contains the line 16, the second branch contains a line 17 and the third branch contains a line 18.
- the line 16 is connected via a plug-in connection 19 to the branching point 15, since the line branch of the line 16 is structurally combined with the domestic hot water tank, while the other two branches 17 and 18 are accommodated in the housing of the boiler.
- the contact 11 is looped into the line 16, the line 16 leads to a plug 20 which leads to a counterpart 21.
- a line 22 leads from the counterpart 21 to a branch point 23 and via a resistor 24 to the second connection N of the operating voltage source.
- the line 18 is connected via an optocoupler 25 to the branch point 23, the optocoupler being connected in series with a resistor 26.
- the optocoupler is switched so that its light-emitting diode lies on line 18.
- a line 28 leads from the line 16 at a branching point 27, which lies between the plug 19 and the contact 11, and leads to a plug 29.
- a contact 30 in the housing of the boiler to which the line 17 is connected with the interposition of a further optocoupler 31, in this case also in the current path of the diode of the optocoupler.
- the optocoupler in series is a resistor 32, the connection facing away from the optocoupler leads to a contact 33.
- a plug 34 Associated with this contact 33 is a plug 34, which is connected to the plug 20 via a line 36 provided with a summer / winter switch 35.
- the phototransistor of the optocoupler 25 is connected to the operating voltage + UB via a resistor 37 and is connected to the controller 7 via a line 38. Another input of the controller 7 is formed by a line 39, which is also connected via a resistor 40 to the voltage source + UB, on the other hand in parallel to the phototransistor associated with the optocoupler 31.
- the emitters of the phototransistors are located at the other pole of the voltage source UB.
- a third input of the controller 7 is formed by a setpoint generator 41, which is connected to the controller via a line 42. You can use this setpoint generator a setpoint for the heating system can be specified, for example, in the presence of an outside temperature sensor, a variable flow temperature setpoint in the manner of a heating curve.
- an actual value transmitter 43 is provided, which is connected to the controller 7 via a line 44. This can be a flow temperature sensor so that in the controller part of the controller 7 the control deviation of the flow temperature can be determined from the sensor 41 to the setpoint from the sensor 41 and the gas valve 3 can be continuously adjusted to the actual value of the flow temperature to the setpoint align.
- the switch 35 If the switch 35 is closed during winter operation, there is no change when the contact 11 is closed. If, on the other hand, the contact 11 opens after the hot water storage tank contents have been charged, the contacts 35 and 21 are galvanically connected with the contact 35 connected to each other. On the other hand, the two contacts 15 and 30 are electrically conductively connected to one another via the line 28, so that current flow occurs in the current filaments of the lines 17 and 18, that is to say both phototransistors of the optocouplers give signals to the lines 38 and 39 and thus to the Controller 7. Controller 7 negates the signal on line 38, which means that there is no hot water requirement.
- the signal on line 39 causes the control to open valve 4 fully, valve 3, on the other hand, only to such an extent that the control deviation of the flow temperature, determined from the difference which is brought to zero by the sensors 41 and 43 . Accordingly, this means heating operation for the heat source and modulation of the burner output of the burner 1 with regard to the specified heat requirement. If the contact 11 responds again in this operating state by closing, the heating operation is interrupted and the charging of the storage device is initiated again with maximum output.
- the storage charging operation and vice versa the modulation operation of the fuel-heated heat source is maintained during the heating operation when switching from heating operation to hot water charging.
- the modulation operation of the fuel-heated heat source during summer operation that is at heating system out of operation, regularly suppressed. There is therefore no need to heat up the storage tank with a modulated output, nor is there a decay in the hot water storage tank charging with modulation operation.
- the embodiment according to FIG. 2 differs from that of FIG. 1 only in the branch of the line 16.
- the summer / winter switch 35 lies in the course of a line 50 which is connected from the plug 29 to a branching point 51 in the course of the line 16.
- the switch 11 is inserted into the line section of the line 16 between the branch point 51 and a further branch point 52, from which a first line 53 leads to the connector 34, while the line 16 continues from the branch point 52 to the connector 20.
- the function of the circuit according to FIG. 2 is otherwise identical to that according to FIG. 1.
- the optocouplers 25 and 31 act as ammeters in the associated lines 17 and 18. Instead of the optocouplers, any other measuring instruments could be used if they are only able to determine a current flow in the associated line.
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zum Ansteuern einer einen Brauchwasserspeicher aufladenden brennstoffbeheizten Wärmequelle gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
- Unter einer brennstoffbeheizten Wärmequelle ist hier jedwede Art von Kessel oder Umlaufwasserheizer zu verstehen, auch eine Absorptionswärmepumpe käme in Frage, wobei als Brennstoff Gas oder öl vorgesehen sein kann.
- Insbesondere bei gasbeheizten Kesseln war es bislang üblich, den Kessel den Speicher dann aufheizen zu lassen, wenn ein Brauchwasserthermostat im Speicher um eine solche Aufladung nachsuchte. Hierzu wurde ein Brauchwasserspeicher-Thermostatkontakt geschlossen, wobei in der Steuerung dafür gesorgt wurde, daß ein den Kessel mit einer Heizungsanlage verbindender Mischer geschlossen wurde und daß der Kessel mit seiner Nennleistung unter Zuhilfenahme einer Umwälzpumpe den Brauchwasserspeicher aufheizte. War der Kessel über eine Brennersteuerung betrieben, so wurde der Brenner auf maximale Leistung geschaltet und ein die Heizung absperrendes 3-Wege-Ventil geschlossen, so daß auch in diesem Falle der Kessel seine volle Leistung auf den Brauchwasserspeicher abgab. Solche Anlagen sind normalerweise mit einem Sommer-/Winterschalter ausgestattet, der bei der Schaltstellung Sommer ein Beheizen der Heizungsanlage durch den Kessel ausschließt. Durch Betätigen des Sommer-/Winterschalters wird zum Beispiel die Heizungsumwälzpumpe außer Betrieb gesetzt, der Heizungsmischer geschlossen und bei einer Brennersteuerung ein den Heizkreis absperrendes Magnetventil oder dergleichen geschlossen. In der Schaltstellung Winter ist die Beheizung sowohl des Brauchwasserspeichers wie auch der Heizungsanlage freigegeben, wobei in aller Regel der Brauchwasserspeicher Vorrang gegenüber der Heizung genießt. Bei bekannten Anlagen wird der Kessel getaktet, das heißt in einem Pulspausenbetrieb gesteuert. Der Kessel kann somit nur die Betriebszustände "Volle Leistung" oder "Nulleistung" aufweisen. Bei Kesselanlagen gemäß dem Stand der Technik ist ein Vorlauftemperaturregler am Kessel vorgesehen, der die Vorlauftemperatur der Heizungsanlage auf einen vorwählbaren Betrieb im Zweipunktverhalten konstant hält oder nach einem festgelegten Programm führt (Außentemperatur), wobei der Vorlauftemperaturfühler ein schaltender Regler ist, dessen Schaltkontakt sowohl die Heizungsumwälzpumpe als auch den Mischer in die entsprechenden Zustände schaltet und gleichzeitig das Gasmagnetventil öffnet.
- Diese an sich befriedigend arbeitenden Heizungsanlagen nebst zugehöriger Steuerung und Regelung werden jetzt abgelöst durch sogenannte modulierende Kessel. Hierbei ist eine stetige Variation der Kesselleistung bei Heizbetrieb vorgesehen. Bei Brauchwasserbereitung wird allerdings vorgesehen, daß der Kessel mit seiner Maximalleistung auf den Brauchwasserspeicher arbeitet, hierbei muß demgemäß die Modulation unterdrückt werden.
- Demgemäß liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zum Ansteuern einer brennstoffbeheizten Wärmequelle anzugeben, bei der der Brauchwasserspeicher mit der Maximalleistung der Wärmequelle, die Heizung hingegen sowohl mit der Maximalleistung der Wärmequelle als auch mit stetigen Teilleistungen beaufschlagt werden kann. Gleichzeitig soll ein Sommer-/Winterbetrieb nach dem Stand der Technik ohne Einschränkungen möglich sein.
- Diese Lösung wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs dargestellt.
- Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche beziehungsweise gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren 1 und 2 der Zeichnung näher erläutert.
- Es zeigen:
- Figur 1 eine erste Ausführung der Steuerung in einem elektrischen Schaltschema und
- Figur 2 eine Variante hierzu.
- In beiden Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.
- Von der eigentlichen Heizungsanlage ist nur bezüglich der Wärmequelle ein Brenner 1 dargestellt, der über eine Gasleitung 2 mit Gas versorgt ist, wobei in der Gasleitung 2 zwei Ventile 3 und 4 in Serie angeordnet sind. Das Ventil 4 kennt nur die Schaltzustände "offen" und "geschlossen" und ist von einem Elektromagneten 5 beherrscht, der ein entsprechendes Stellsignal auf der Leitung 6 von einer
- Steuerung 7 erhält. Das Ventil 3 wird von einem elektrischen Stellmotor 8 angesteuert, der über eine Stellleitung 9 gleichfalls mit der Steuerung 7 verbunden ist. Der Motor 8 ist so ausgelegt, daß das Ventil 3 jede beliebige stetige Zwischenstellung einnehmen kann, so daß bei voll geöffnetem Ventil 4 über das Ventil 3 neben der Volleistung des Brenners 1 auch jede mögliche stetig einstellbare Zwischenleistung vorgegeben werden kann.
- Der Brenner 1 beheizt einen nicht weiter dargestellten Wärmetauscher, sei es einen Lamellenwärmetauscher bei einem Umlaufwasserheizer oder ein Gußkessel-Wärmetauscher bei einem Kessel, dem Rücklaufwasser aus einer Heizungsanlage zugeführt wird und dem das Vorlaufwasser unter Zuhilfenahme einer gleichfalls nicht dargestellten Pumpe abgezogen wird. Die Vorlaufleitung verzweigt sich einmal zu einem Heizkörper enthaltenen Heizkreis und zu einem Brauchwasserspeicher, von dem lediglich ein Temperaturfühler 10 dargestellt ist, der dem Speicherwasser ausgesetzt ist und der einen Schaltkontakt 11 betätigt. Der Schaltkontakt 11 ist geschlossen, wenn das im Speicher vorhandene Brauchwasser eine voreingestellte Temperaturschwelle unterschritten hat, hingegen geöffnet, wenn das Brauchwasser auf die Soll-Temperatur aufgeheizt ist. Den Speicher verläßt noch eine nicht dargestellte Rücklaufleitung, die in die Rücklaufleitung aus der Heizungsanlage einmündet, wobei beide wieder an dem dem Brenner 1 zugeordneten Wärmetauscher angeschlossen sind.
- Von einer Betriebsspannungsversorgung L geht eine Leitung 12 aus, in die, in Serie liegend, ein Netzschalter 13 und ein Sicherheits-Temperaturbegrenzerschalter 14 eingeschleift sind und die zu einem Verzweigungspunkt 15 führt. Von dem Verzweigungspunkt geht eine Parallelschaltung von drei Zweigen ab, von denen der erste Zweig die Leitung 16, der zweite Zweig eine Leitung 17 und der dritte Zweig eine Leitung 18 beinhalten. Die Leitung 16 ist über eine Steckverbindung 19 an den Verzweigungspunkt 15 angeschlossen, da der Leitungszweig der Leitung 16 baulich mit dem Brauchwasserspeicher vereinigt ist, während die beiden anderen Zweige 17 und 18 im Gehäuse des Kessels untergebracht sind. In die Leitung 16 ist der Kontakt 11 eingeschleift, die Leitung 16 führt zu einem Stecker 20, der zu einem Gegenstück 21 führt. Vom Gegenstück 21 führt eine Leitung 22 zu einer Verzweigungsstelle 23 und über einen Widerstand 24 zum zweiten Anschluß N der Betriebsspannungsquelle. Die Leitung 18 ist über einen Optokoppler 25 mit dem Verzweigungspunkt 23 verbunden, wobei der Optokoppler in Serie mit einem Widerstand 26 liegt. Der Optokoppler ist so geschaltet, daß seine Leuchtdiode im Zuge der Leitung 18 liegt.
- Von der Leitung 16 geht an einem Verzweigungspunkt 27, der zwischen dem Stecker 19 und dem Kontakt 11 liegt, eine Leitung 28 ab, die zu einem Stecker 29 führt. Dem Stecker zugeordnet ist im Gehäuse des Kessels ein Kontakt 30, an den die Leitung 17 unter Zwischenschaltung eines weiteren Optokopplers 31 angeschlossen ist, und zwar auch hier im Strompfad der Diode des Optokopplers. Mit dem Optokoppler in Serie liegt ein Widerstand 32, dessen dem Optokoppler abgewandter Anschluß zu einem Kontakt 33 führt. Diesem Kontakt 33 zugeordnet ist ein Stecker 34, der über eine mit einem Sommer-/Winterschalter 35 versehene Leitung 36 mit dem Stecker 20 verbunden ist.
- Der Fototransistor des Optokopplers 25 liegt einmal über einen Widerstand 37 an Betriebsspannung +UB und ist über eine Leitung 38 an die Steuerung 7 angeschlossen. Ein weiterer Eingang der Steuerung 7 ist von einer Leitung 39 gebildet, die einmal über einen Widerstand 40 auch an die Spannungsquelle +UB, zum anderen parallel hierzu an den dem Optokoppler 31 zugehörigen Fototransistor angeschlossen ist. Die Fototransistoren liegen mit ihren Emittern jeweils am anderen Pol der Spannungsquelle UB.
- Ein dritter Eingang der Steuerung 7 ist von einem Sollwertgeber 41 gebildet, der über eine Leitung 42 mit der Steuerung verbunden ist. Ober diesen Sollwertgeber kann ein Sollwert für die Heizungsanlage vorgegeben werden, beispielsweise bei Vorhandensein eines Außentemperaturfühlers ein variabler Vorlauftemperatur-Sollwert nach Art einer Heizkurve. Schließlich ist ein Istwertgeber 43 vorgesehen, der über eine Leitung 44 auf die Steuerung 7 geschaltet ist. Hier kann es sich um einen Vorlauftemperaturfühler handeln, so daß in dem Reglerteil der Steuerung 7 die Regelabweichung der Vorlauftemperatur über den Fühler 43 zum Sollwert aus dem Geber 41 festgestellt werden kann und das Gasventil 3 stetig verstellt werden kann, um den Istwert der Vorlauftemperatur dem Sollwert anzugleichen.
- Die in Figur 1 dargestellte Schaltung weist folgende Funktion auf:
- Es wird ausgegangen vom Ruhebetrieb, das heißt, der Netzschalter 3 ist offen, der Sicherheits-Temperaturbegrenzer ist geschlossen (normales Arbeiten-der Anlage), der Schalter 11 ist offen, das heißt, der Inhalt des Brauchwasserspeichers ist auf die Soll-Temperatur aufgeladen, und der Sommer-/Winterschaiter 35 ist geöffnet, das heißt, es liegt Sommerbetrieb vor, die Heizung ist außer Betrieb. Wird nunmehr der Netzschalter 13 geschlossen und kühlt sich der Inhalt des Brauchwasserspeichers ab, so schließt sich der Kontakt 11. Nunmehr erfolgt ein Stromfluß von L über die Leitung 12, die geschlossenen Kontakte 13 und 14, über die Steckverbindung 15/19, die Leitung 16, den geschlossenen Kontakt 11, die Steckverbindung 20/21, den Verzweigungspunkt 23 zum Pol N. Parallel hierzu wäre ein Stromfluß über den Optokoppler 25 möglich, aber im Hinblick auf den kurzschließenden ersten Zweig mit dem Kontakt 11 nicht vorhanden. Der Optokoppler 25 überträgt demgemäß kein Signal auf den Fototransistor und damit auf die Steuerung 7. In der Steuerung 7 ist ein Negationsglied vorhanden, das in diesem Falle der Steuerung 7 Brauchwasser-Ladungsbedarf vorgibt. Damit bewirkt ein Schließen des Kontakts 11 ein Inbetriebgehen der Wärmequelle und Nachladung des Brauchwasserspeichers, ein Öffnen des Kontakts 11 hingegen ein Erlöschen des Brenners 1 der brennstoffbeheizten Wärmequelle. Die Steuerung 7 ist so ausgelegt, daß das Vorhandensein keines Signals auf der Leitung 38 ein volles öffnen beider Ventile 3 und 4 bewirkt, das heißt, der Brauchwasserbereiter wird mit der maximalen Leistung des Brenners 1 aufgeladen.'
- Wird bei Winterbetrieb der Schalter 35 geschlossen, so ergibt sich beim Schließen des Kontakts 11 keine Änderung. öffnet hingegen nach vollzogener Ladung des Brauchwasserspeicher-Inhalts der Kontakt 11, so sind durch den Kontakt 35 die beiden Kontakte 33 und 21 galvanisch miteinander verbunden. Andererseits sind auch die beiden Kontakte 15 und 30 galvanisch leitend über die Leitung 28 miteinander verbunden, so daß in den Stromfaden der Leitungen 17 und 18 Stromfluß auftritt, das heißt, beide Fototransistoren der Optokoppler geben Signale auf die Leitungen 38 und 39 und damit an die Steuerung 7. Die Steuerung 7 negiert das Signal auf der Leitung 38, das heißt, Brauchwasserbedarf liegt nicht vor. Das Signal auf der Leitung 39 veranlaßt die Steuerung hingegen, das Ventil 4 voll zu öffnen, das Ventil 3 hingegen nur so weit, daß die Regelabweichung der Vorlauftemperatur, ermittelt aus der Differenz, der von den Gebern 41 und 43 vorgegebenen Werte zu Null gebracht wird. Das bedeutet demgemäß, Heizbetrieb für die Wärmequelle und eine Modulation der Brennerleistung des Brenners 1 im Hinblick auf den vorgegebenen Wärmebedarf. Spricht bei diesem Betriebszustand der Kontakt 11 wieder an, indem er schließt, wird der Heizbetrieb unterbrochen und die Aufladung des Speichers mit maximaler Leistung wieder eingeleitet.
- Wesentlich ist, daß beim übergang von Heizbetrieb auf Brauchwasserladung der Speicherladungsbetrieb und umgekehrt der Modulationsbetrieb der brennstoffbeheizten Wärmequelle bei Heizungsbetrieb aufrechterhalten bleibt. Andererseits wird der Modulationsbetrieb der brennstoffheizten Wärmequelle bei Sommerbetrieb, das heißt bei außer Betrieb befindlicher Heizungsanlage, regelmäßig unterdrückt. Es entfällt somit ein Anheizen des Speichers mit einer modulierten Leistung, gleichfalls auch ein Abklingen der Brauchwasserspeicher-Aufladung mit Modulationsbetrieb.
- Die Ausführungsform gemäß Figur 2 unterscheidet sich nur im Zweig der Leitung 16 von dem der Figur 1. Der Sommer-/ Winterschalter 35 liegt im Zuge einer Leitung 50, die von dem Stecker 29 an einen Verzweigungspunkt 51 im Zuge der Leitung 16 gelegt ist. Der Schalter 11 ist in das Leitungsstück der Leitung 16 zwischen dem Verzweigungspunkt 51 und einem weiteren Verzweigungspunkt 52 eingefügt, von dem eine erste Leitung 53 zum Stecker 34 abgeht, während sich die Leitung 16 vom Verzweigungspunkt 52 zum Stecker 20 fortsetzt. Die Funktion der Schaltung nach Figur 2 ist im übrigen identisch zu der nach Figur 1.
- Die Optokoppler 25 und 31 wirken als Strommesser'in den zugehörigen Leitungen 17 und 18. Statt der Optokoppler könnten auch beliebig andere Meßinstrumente Anwendung finden, wenn sie nur einen Stromfluß in der zugehörigen Leitung festzustellen imstande sind.
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