EP0194637B1

EP0194637B1 - Schaltung zum Ansteuern einer einen Brauchwasserspeicher aufladenden brennstoffbeheizten Wärmequelle

Info

Publication number: EP0194637B1
Application number: EP86103198A
Authority: EP
Inventors: Franz-Josef Rawe
Original assignee: Vaillant Austria GmbH; Vaillant NV; Joh Vaillant GmbH and Co; Vaillant GmbH; Vaillant SARL; Vaillant Ltd; Schonewelle BV
Current assignee: Vaillant BV
Priority date: 1985-03-15
Filing date: 1986-03-10
Publication date: 1991-09-04
Anticipated expiration: 2006-03-10
Also published as: ATE67022T1; DE3681187D1; EP0194637A3; EP0194637A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zum Ansteuern einer einen Brauchwasserspeicher aufladenden brennstoffbeheizten Wärmequelle. Eine solche Aufladesteuerschaltung ist bekanntgeworden aus der DE-B 2 321 548, bei der die Wärmequelle über ein Stellglied das von ihr aufgeheizte Wasser entweder über eine Leitung zur Raumheizung oder über eine Leitung zum Wärmeaustausch eines Boilers leitet. In der Steuerschaltung sind ein Boilerregler zur Erfassung der Brauchwassertemperatur, ein Raumregler für die Raumtemperatur, ein Kesselregler und ein Flammenwächter vorgesehen, die alle aus elektronischen nicht weiter beschriebenen Schaltungen bestehen. Die Ansteuerschaltung selbst weist drei Pfade auf, die zueinander parallel an einer Betriebsspannungsquelle liegen. Der erste Pfad weist den Raumregler, der zweite den Boilerregler, der dritte den Kesselregler auf, es ist, parallel geschaltet hierzu, ein vierter Pfad für den Flammenwächter vorgesehen.
Die Ansteuerschaltung ist so ausgebildet, daß das Stellglied zur Aufteilung der Anteile des Wärmequellenwassers für den Boiler und für die Raumheizung vom Boilerregler und vom Raumregler derart beeinflußt wird, daß der Befehl des Boilerreglers gegenüber dem Befehl des Raumreglers Vorrang hat, wobei die mit zunehmender Aufheizung des Boilers von diesem nicht mehr voll benötigte Brennerleistung der Wärmequelle durch Umsteuerung des Stellgliedes für die Raumheizung freigegeben und die Brennerleistung erst dann reduziert wird, wenn für die Boileraufheizung und die Raumheizung zusammen nicht mehr die volle Brennerleistung der Wärmequelle benötigt wird.
Aus der DE-A 2 307 109 ist ein Heizgerät für Brauch- und Heizwasser bekanntgeworden, das einen Temperaturfühler im Brauchwasserspeicher zeigt, der in einem parallel geschalteten Zweig angeordnet ist.
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 mit den Merkmalen des Hauptanspruchs dargestellt.
Die nachfolgende Beschreibung erläutert zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren 1 und 2 der Zeichnung näher.
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 Stelleitung 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. Über 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 13 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-/Winterschalter 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 Stekker 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 Stekker 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.

Claims

1. Schaltung zum Umsteuern einer einen Brauchwasserspeicher aufladenden brennstoffbeheizten Wärmequelle (1), die auch auf einen Heizkörper enthaltenen Verbraucher schaltbar ist, mit einem einen Schaltkontakt (11) aufweisenden Temperaturfühler (10) im Brauchwasserspeicher und einem Temperaturregler für den Verbraucher, wobei von einer Betriebsspannungsquelle (L) drei parallele Zweige (16, 17, 18) abgehen, deren einer den Schaltkontakt (11) des Temperaturfühlers (10), deren zweiter (17) einen Strommesser (31) zur Freigabe des Temperaturreglers (7, 41, 43) für die Heizung und deren dritter (18) einen weiteren Strommesser (25) aufweist, der auf den Schaltzustand des Temperaturfühlers anspricht, wobei im zweiten Zweig (17) ein Sommer-/Winterschalter (35) für die Wärmequelle vorgesehen ist und beide Strommesser als Optokoppler ausgebildet sind.