EP0614046A1 - Steuer - und Regeleinrichtung für Gas- Feuerungsautomaten von Heizungsanlagen - Google Patents

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EP0614046A1
EP0614046A1 EP93114747A EP93114747A EP0614046A1 EP 0614046 A1 EP0614046 A1 EP 0614046A1 EP 93114747 A EP93114747 A EP 93114747A EP 93114747 A EP93114747 A EP 93114747A EP 0614046 A1 EP0614046 A1 EP 0614046A1
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EP
European Patent Office
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air pressure
burner
speed
temperature
air
Prior art date
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Ceased
Application number
EP93114747A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Anton Dipl.-Ing. Pallek (Fh)
Michael Dipl.-Ing. Oberst (Fh)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Electrowatt Technology Innovation AG
Original Assignee
Landis and Gyr Technology Innovation AG
Landis and Gyr Bussiness Support AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Landis and Gyr Technology Innovation AG, Landis and Gyr Bussiness Support AG filed Critical Landis and Gyr Technology Innovation AG
Publication of EP0614046A1 publication Critical patent/EP0614046A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N3/00—Regulating air supply or draught
    • F23N3/08—Regulating air supply or draught by power-assisted systems
    • F23N3/082—Regulating air supply or draught by power-assisted systems using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00—Regulating fuel supply
    • F23N1/02—Regulating fuel supply conjointly with air supply
    • F23N1/022—Regulating fuel supply conjointly with air supply using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2223/00—Signal processing; Details thereof
    • F23N2223/08—Microprocessor; Microcomputer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
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    • F23N2233/06—Ventilators at the air intake
    • F23N2233/08—Ventilators at the air intake with variable speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2235/00—Valves, nozzles or pumps
    • F23N2235/12—Fuel valves
    • F23N2235/16—Fuel valves variable flow or proportional valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2235/00—Valves, nozzles or pumps
    • F23N2235/12—Fuel valves
    • F23N2235/20—Membrane valves

Definitions

  • the invention relates to a control or regulating device for automatic gas firing systems of heating systems of the type mentioned in the preamble of claim 1.
  • the heating power depends on the amount of combustible fluid supplied to the burner and the ratio of this amount to the combustion air supplied to the burner. It is advisable to set a ratio between fluid and air that is determined for optimum efficiency.
  • the air is driven by a fan at a constant speed in a connecting line to the burner, while a throttle valve in the connecting line which can be controlled by the controller serves to control the air pressure in the connecting line.
  • the setting element for the pressure of the combustible fluid supplied to the burner is then controlled as a function of this air pressure.
  • the invention has for its object to simplify such a control or regulating device above all constructively.
  • the saving in energy is desirable and the burner should enable high efficiency and low-pollutant operation even in burners of relatively low output up to around 30 kW even in partial load ranges.
  • the use of a throttle valve for controlling the air pressure can be dispensed with. Instead, the air pressure is varied by controlling the speed of the fan. This not only avoids the effort of an additional throttle valve with the corresponding mechanically moving parts and their susceptibility to malfunction, but can also save drive energy since the blower is in contrast to the prior art, in which it is always at maximum speed regardless of the size of the required air pressure must run in the connecting line, the required air pressure can be adjusted accordingly in the speed.
  • a DC motor is used to drive the continuously modulating blower, which can be controlled by, in particular, pulse-width-modulated, that is to say digital, control signals from a control unit which is acted upon by the controller.
  • While the dependency of the fluid pressure on the air pressure can be established in accordance with known control devices in that the fluid pressure is regulated as a function of the air pressure or is tracked in order to supply the desired fluid / air ratio to the burner, the air pressure is controlled as a function of the heat requirement or parameters decisive for the heating via the speed control of the DC motor and therefore of the fan.
  • control and regulating devices can be used for example for small gas heaters (wall or floor models) with gas fan burners, with which both the heating water of a heating system and the process water of single-family houses or apartments can be regulated, in particular in the power range up to 30 kW.
  • the control device can also be used for fan burners in intermittent operation with devices for complete premixing of the fluid / air mixture and with closed combustion chambers.
  • the air pressure as a reference variable for the gas pressure regulator of the compact gas control system.
  • a modulation range of at least about 1: 3, for example 10-30 kW, but preferably over 1: 5, enables optimum efficiency and low-pollution operation even in the low-load range.
  • a control valve is used as an adjusting element for the fluid.
  • the motor that drives the blower is, in particular, a DC motor with a supply voltage of about 35-40 V. It takes up little space and also causes relatively low costs.
  • the air pressure in the connecting line between the fan and burner can also be used for other control tasks.
  • a switch-off can be carried out if the air pressure falls below a limit. While the actual speed values of the blower or its DC motor sensed via the Hall sensors also represent a measure of the air pressure in the connecting line, a slipping of the fan from the blower shaft or the adjustment of fan blades could lead to a reduction in air pressure even if the blower speed remains the same. However, if the air pressure in the connecting line is sensed and it is found that it has fallen below a limit value, this is an indication of a malfunction.
  • an ignition signal can also be generated for the ignition unit in order to start the burner operation by means of an automatic burner control.
  • the control device then acts simultaneously as part of an automatic burner control.
  • control can be done so that a timer for a predetermined pre-purge time for a high fan speed and a high air pressure, i.e. a large air flow through the burner and boiler room, but at the same time prevents the supply of flammable fluid to the burner
  • a signal can also be generated when the supply of combustible fluid is shut off, as a result of which the control unit continues to apply a control signal to the blower's direct current motor for a certain time, while the fuel supply is shut off in order to flush the burner and boiler room and the chimney with air and combustion gases to free.
  • the fan can be set to an adjustable value, e.g. between 50 and 70% of its maximum speed, i.e. its full load, can be reduced in order to achieve optimal ignition when used as an automatic burner control.
  • an adjustable value e.g. between 50 and 70% of its maximum speed, i.e. its full load
  • gas flows as a combustible fluid F via a feed line ZL to the burner B of a heating boiler HK.
  • the gas pressure P F of the fluid F is regulated by a pneumatic constant or ratio pressure regulator valve V as a function of the air pressure P A , which is led from the outlet of the blower G to the control valve V.
  • the temperature controller R adjusts the speed n IST of the motor M G and thereby also the air pressure P A in the connecting line VL.
  • the constant pressure control valve V adjusts the gas pressure P F in accordance with the actual value of the air pressure P A , so that the optimum amount of gas is always adjusted to the current amount of air.
  • the DC motor M G can be set at speeds between approximately 200 and 6000 rpm with a power of up to 22 VA.
  • the air A is conducted to the burner B via the connecting line VL.
  • the air pressure P A in the connecting line VL is determined by the air pressure sensor F A according to a special embodiment of the invention.
  • the fan G is driven by a 39 V DC motor M, the speed of which can be sensed as the actual speed value n ACT using a speed sensor F n , in particular a Hall sensor.
  • the temperature is regulated via the controller R as a function of actual temperature values, for example the room temperature T R , the boiler temperature T K , the outside temperature T A and / or the flow temperature T V , which is sent to the controller via an analog / digital converter A / D R supplied and there with setpoint values, eg or be put in relation.
  • the controller R generates an output signal that corresponds to the speed setpoint n and is compared in the comparator with the speed actual value n ACTUAL .
  • the control unit St G can be influenced, which in turn could generate corresponding control signals S ST for controlling or regulating the speed of the DC motor M.
  • the controller gives the control device a start command to the automatic firing device, which happens, for example, when the temperature T in the process water circuit or in the heating circuit has dropped below a minimum value.
  • the DC motor M G of the blower G is subjected to control signals S ST , in particular pulse-width-modulated, so that its speed n ACT increases to a maximum value as soon as an (adjustable) setpoint (speed setpoint n SET ) is reached and the external one Air pressure detector LP closes its contact.
  • the pre-rinse time tv begins. At this time, a certain air pressure P A is reached in the connecting line VL.
  • the burner control can continue its function program when the required minimum values are reached. If the speed and / or the air pressure have not reached the predetermined limit value before the start of the pre-purge time tv, a lockout occurs.
  • the speed must IS n G of the fan during the pre-purge time tv a minimum value of, for example, 2400 rev / min exceed.
  • An ignition signal Z is then applied to an ignition unit of the burner B during the ignition time tz, for example to ignition electrodes thereof, while the fan G continues to run at the same speed, for example 40% of the maximum speed, but the maximum value of 2900 rpm in this example according to FIG 3 may not exceed.
  • the valve in the supply line ZL opens, i.e. the pneumatic pressure regulator V for the combustible fluid F, which serves as an adjusting unit, whereby the safety time ts begins, within which a flame signal must be detected by a flame sensor, otherwise the lockout occurs.
  • This safety time ts is, for example, up to 10 s
  • the pre-rinsing time tv can be, for example, up to 50 s and the maximum braking time tbre is also of this order of magnitude.
  • the transition to the operating position takes place and the burner operating time tb begins, during which the fan speed n ACT is dependent on the pulse-width-modulated control signals S ST and this in turn is dependent on the output signals specified by controller R in a speed range (adjustable), which, according to FIG. 3, moves between approximately 600 and 6000 rpm, as the maximum value specification and plausibility limit, while the highest speed is typically 4000 rpm. It is not necessary to monitor the air pressure during the burner operating time tb, since the speed sensor Fn with its output signals offers sufficient security.
  • the burner operation is set by the controller R at time C by stopping the supply of combustible fluid F to the burner B by the adjusting member V.
  • the fan G can remain in operation in order to blow off combustion residues.
  • this blocking time is tsp the fan speed N is ramped up (programmed) to full load, then the home run whereupon as a regular transition in the standby phase followed.
  • the device is equipped with a microcomputer MC; it takes on both the tasks of the temperature controller and the tasks of the burner control.
  • a further microcomputer MC 1 can be in data exchange relationship with the microcomputer MC, which takes over a monitoring function in order to ensure the safety of the burner control.
  • the flame sensor F F emits output signals both to the microcomputer MC and to the other microcomputers MC 1 serving for monitoring purposes.
  • Both microcomputers MC, MC1 can independently close or open two switching elements for the control terminals of the gas valve. The two computers also monitor each other for correct functioning.
  • a setting device allows the programming of the microcomputer MC by entering data into the memory SP.
  • the microcomputer MC initiates the initiation of control signals S ST in the signal generator SG.
  • the comparator Ve compares the actual speed value n ACTUAL with the programmed speed setpoint values n TARGET , in order to initiate corresponding functions in the event of deviations or exceeding or falling short of the speeds shown in FIG.
  • the two microcomputers MC, MC1 act on two switches S1, S2 connected in series in the 24 V AC voltage line WL; the line WL supplies the drive unit AA for the fuel gas valve V with electrical alternating current.
  • An advantage of this integration of the electronic control device is that it is unnecessary to use a separate control device with the associated components on the one hand for the burner control and on the other hand for the temperature controller.
  • a single signal generator SG is sufficient to generate and deliver the pulse-width-modulated control signals S ST , which perform their task both for controlling the start-up program (in the function as an automatic burner control unit) and for regulating the temperature during burner operation (in the function as a controller).
  • the Hall speed sensor F n sensed actual rpm values n IS not only during the start-up program (function as automatic firing), but also during the regular burner operation to control and regulate evaluated.
  • the air pressure switch or sensor F A ensures that when the burner controls are operated, ie in the "start-up phase", sufficient air pressure is always built up for purging the burner chamber and fireplace.
  • the speed n of the fan G can drop so low that the air pressure sensor F A no longer responds if the heat demand WA is low.
  • the use of an additional air pressure sensor is recommended, which responds to lower air pressure corresponding to a lower fan speed.
  • one or the other air pressure sensor can then be used.
  • the air pressure sensor F A also responds to the safety test, according to which there is a brief switch-off and restart at least once every 24 hours using the automatic burner control.

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Abstract

Zur Vereinfachung des Aufbaus eines Gas-Feuerungsautomaten von Heizanlagen, die auch in Teillastbereichen einen hohen Wirkungsgrad und schadstoffarmen Betrieb haben sollen, ist das Einstellorgan für die Luft ein Gebläse mit veränderbarer Drehzahl, das durch einen Gleichstrommotor antreibbar ist, welcher durch insbesondere digitale pulsweitenmodulierte Steuersignale eines Steueraggregats steuerbar ist, welches der Regler beaufschlagt. Das Gasventil wird in Abhängigkeit vom Luftdruck in der vom Gebläse zum Brenner führenden Leitung nachgeregelt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung für Gas-Feuerungsautomaten von Heizungsanlagen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Gattung.
  • Derartige Einrichtungen sind bereits bekannt. Die Heizleistung hängt von der Menge des dem Brenner zugeführten brennbaren Fluidums und dem Verhältnis dieser Menge zu der dem Brenner zugeführten Verbrennungsluft ab. Dabei empfiehlt sich die Einstellung eines auf optimalen Wirkungsgrad bestimmten Verhältnisses zwischen Fluidum und Luft. Bei bekannten Steuerungseinrichtungen wird die Luft durch ein Gebläse mit konstanter Drehzahl in einer Verbindungsleitung zum Brenner angetrieben, während eine vom Regler steuerbare Drosselklappe in der Verbindungsleitung zur Steuerung des Luftdrucks in der Verbindungsleitung dient. In Abhängigkeit von diesem Luftdruck findet dann die Steuerung des Einstellorgans für den Druck des dem Brenner zugeführten brennbaren Fluidums statt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Steuer- bzw. Regeleinrichtung vor allem konstruktiv zu vereinfachen. Dabei ist die Einsparung an Energie erwünscht und soll der Brenner auch in Teillastbereichen einen hohen Wirkungsgrad und einen schadstoffarmen Betrieb auch bei Brennern verhältnismäßig kleiner Leistung bis etwa 30 kW ermöglichen.
  • Die Erfindung ist im Anspruch 1 gekennzeichnet. In Unteransprüchen und in der Figurenbeschreibung sind weitere Ausbildungen der Erfindung beansprucht bzw. beschrieben.
  • Bei der Erfindung kann auf die Verwendung einer Drosselklappe zum Steuern des Luftdrucks verzichtet werden. Statt dessen wird der Luftdruck durch Steuerung der Drehzahl des Gebläses variiert. Hierdurch wird nicht nur der Aufwand einer zusätzlichen Drosselklappe mit den entsprechend mechanisch zu bewegenden Teilen und deren Störanfälligkeit vermieden, sondern kann auch Antriebsenergie eingespart werden, da das Gebläse im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem es stets mit höchster Drehzahl unabhängig von der Größe des erforderlichen Luftdrucks in der Verbindungsleitung laufen muß, dem erforderlichen Luftdruck entsprechend in der Drehzahl angepaßt werden kann. Zum Antrieb des stufenlos modulierenden Gebläses wird ein Gleichstrommotor verwendet, der durch insbesondere pulsweitenmodulierte, also digitale Steuersignale eines Steueraggregats steuerbar ist, welches der Regler beaufschlagt.
  • An sich ist es bereits bekannt (DE-OS 29 20 343), bei Brennern Antriebsorgane in Form von Motoren für Ventile in der Brennstoff- und in der Luftzuleitung zu verwenden und diese in Abhängigkeit von Meßgrößen zu steuern; dabei handelt es sich aber um Stellmotoren, welche die Stellung von Ventilen regeln.
  • Während die Abhängigkeit-des Fluidumdrucks vom Luftdruck entsprechend bekannter Steuereinrichtungen dadurch herstellbar ist, daß der Fluidumdruck in Abhängigkeit vom Luftdruck geregelt bzw. nachgeführt wird, um das gewünschte Fluidum-/Luftverhältnis dem Brenner zuzuführen, erfolgt die Steuerung des Luftdrucks in Abhängigkeit vom Wärmebedarf bzw. für die Heizung maßgebenden Parametern über die Drehzahlsteuerung des Gleichstrommotors und daher des Gebläses.
  • Derartige Steuer- und Regeleinrichtungen sind beispielsweise für kleine Gasheizer (Wand- oder Standmodelle) mit Gasgebläsebrennern verwendbar, mit denen sowohl das Heizwasser einer Heizungsanlage als auch das Brauchwasser von Einfamilienhäusern oder Etagenwohnungen insbesondere im Leistungsbereich bis zu 30 kW regelbar sind. Die Steuereinrichtung kann auch für Gebläsebrenner im intermittierenden Betrieb mit Einrichtungen zur vollständigen Vormischung des Fluidums-/Luftgemisch und mit geschlossenen Brennkammern verwendet werden. Wie oben schon dargelegt, empfiehlt es sich auch hier, den Luftdruck als Führungsgröße für den Gasdruckregler der Kompaktgasregelstrecke zu verwenden. Ein Modulationsbereich von mindestens etwa 1:3, beispielsweise 10 - 30 kW, bevorzugt aber über 1:5, ermöglicht einen optimalen Wirkungsgrad und schadstoffarmen Betrieb auch im Kleinlastbereich.
  • Es empfiehlt sich, die Drehzahl des Gebläses bzw. Gleichstrommotors insbesondere mit Hilfe von Hallsensoren abzufühlen und mit entsprechenden Drehzahl-Sollwerten zu vergleichen, um in Abhängigkeit von Art oder Größe der Differenz Ausgangssignale zu erzeugen, welche wiederum zur Steuerung der pulsweitenmodulierten Signale für den Gleichstrommotor des Gebläses dienen. Die Drehzahl-Istwerte werden insbesondere zu Plausibilitätstests in Feuerungsautomaten verwendet; so müßte ein bestimmter DrehzahlIstwert während der Vorspülzeit überschritten werden.
  • Im Falle der Verwendung von Gas als brennbares Fluidum wird ein Regel-Ventil als Einstellorgan für das Fluidum verwendet.
  • Der als Antrieb für das Gebläse dienende Motor ist insbesondere ein Gleichstrommotor einer Speisespannung von etwa 35 - 40 V. Er beansprucht nur wenig Raum und verursacht auch nur verhältnismäßig geringe Kosten.
  • Der Luftdruck in der Verbindungsleitung zwischen Gebläse und Brenner kann auch für andere Steuerungsaufgaben verwendet werden. So ist bei Unterschreiten eines Luftdruck-Grenzwerts eine Abschaltung durchführbar. Während normalerweise die über die Hallsensoren abgefühlten Drehzahl-Istwerte des Gebläses bzw. dessen Gleichstrommotors auch ein Maß für den Luftdruck in der Verbindungsleitung darstellen, könnte ein Abrutschen des Ventilators von der Gebläsewelle oder die Verstellung von Lüfterflügeln zu einer Luftdruckverminderung selbst dann führen, wenn die Gebläsedrehzahl gleichbleibt. Wird aber der Luftdruck in der Verbindungsleitung abgefühlt und festgestellt, daß er einen Grenzwert unterschritten hat, ist dies ein Anzeichen für eine Fehlfunktion. Während der "Anfahrphase" - beim Vorspülen - muß aber ein bestimmter Luftdruck herrschen, ehe der Feuerungsautomat weitere Schritte einleitet, so daß dort stets eine Luftdruckermittlung stattfindet. Im "Brennerbetrieb" - nach der "Anfahrphase" - reicht es dagegen aus, wenn der Luftdruck nur gelegentlich und insbesondere immer dann abgefragt wird, wenn der Drehzahl-Istwert größer als ein bestimmter Sollwert ist; ist dann nicht genügend Luftdruck vorhanden, leitet der Feuerungsautomat eine Repetition ein.
  • In Abhängigkeit von einem Drehzahl-Grenzwert kann auch ein Zündsignal für das Zündaggregat erzeugt werden, um durch einen Feuerungsautomaten den Brennerbetrieb anzufachen. Die Steuereinrichtung fungiert dann gleichzeitig als Teil eines Feuerungsautomaten.
  • Gleichfalls kann die Steuerung so erfolgen, daß eine Zeitschaltung eine vorbestimmte Vorspülzeit lang zwar für eine hohe Gebläsedrehzahl und einen hohen Luftdruck, d.h. einen großen Luftdurchsatz durch Brenner und Heizraum sorgt, gleichzeitig aber die Zufuhr von brennbarem Fluidum zum Brenner verhindert.
  • Entsprechend kann auch beim Absperren der Zufuhr von brennbarem Fluidum ein Signal erzeugt werden, wodurch das Steueraggregat noch für eine gewisse Zeit ein Steuersignal an den Gleichstrommotor des Gebläses legt, während die Brennstoffzufuhr abgesperrt wird, um Brenner und Heizungsraum sowie Kamin mit Luft durchzuspülen und von Verbrennungsgasen zu befreien.
  • Die Wirkung dieses Vor- oder Nachspülens ist optimal, wenn die Steuersignale die Drehzahl des Gleichstrommotors auf Volllast hochtreiben, da dann die größte Luftmenge pro Zeiteinheit durchgesetzt wird.
  • Während der Zündzeit kann das Gebläse auf einem einstellbaren Wert, z.B. zwischen 50 und 70% seiner maximalen Drehzahl, d.h. seiner Vollast, zurückgefahren werden, um auch ein optimales Zünden bei der gleichzeitigen Verwendung als Feuerungsautomat zu erreichen.
  • Ausführungsbeispiele für die Erfindung werden nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
    • Figur 1
    ein schematisches Schaubild einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung;
    Figur 2
    ein zeitabhängiges Ablaufdiagramm von Funktionen von Aggregaten der Steuerungseinrichtung;
    Figur 3
    Drehzahlbereiche während verschiedener Zeitabschnitte der Steuereinrichtung beim Anfahren des Brennerbetriebs (als Feuerungsautomat) und während des Heizungsbetriebs (als Temperaturregler) und
    Figur 4
    eine schematische Darstellung einer elektronischen Steuereinrichtung, mit der die beiden Aufgaben sowohl eines Feuerungsautomaten als auch eines Temperaturreglers in integrierter Bauweise nach einer besonderen Ausbildung der Erfindung lösbar sind.
  • Gemäß Figur 1 strömt Gas als brennbares Fluidum F über eine Zuleitung ZL zum Brenner B eines Heizkessels HK. Der Gasdruck PF des Fluidums F wird durch ein pneumatisches Gleich- oder Verhältnis-Druckreglerventil V in Abhängigkeit vom Luftdruck PA geregelt, der vom Ausgang des Gebläses G zum Regelventil V geführt wird. Der Temperaturregler R verstellt die Drehzahl nIST des Motors MG und dadurch auch den Luftdruck PA in der Verbindungsleitung VL. Das Gleichdruckregelventil V regelt den Gasdruck PF entsprechend dem Istwert des Luftdrucks PA nach, so daß stets die optimale Gasmenge zur jeweils aktuellen Luftmenge nachgeregelt wird. Der Gleichstrommotor MG ist bei einer Leistung bis zu 22 VA auf Drehzahlen zwischen etwa 200 und 6000 U/min einstellbar. Die Luft A wird über die Verbindungsleitung VL zum Brenner B geleitet. Der Luftdruck PA in der Verbindungsleitung VL wird durch den Luftdruckfühler FA nach einer besonderen Ausbildung der Erfindung ermittelt. Das Gebläse G wird durch eine 39 V-Gleichstrommotor M angetrieben, dessen Drehzahl als Drehzahl-Istwert nIST mittels eines Drehzahlfühlers Fn, insbesondere eines Hallsensors, abfühlbar ist.
  • Die Regelung der Temperatur erfolgt über den Regler R in Abhängigkeit von Temperatur-Istwerten beispielsweise der Raumtemperatur TR, der Kesseltemperatur TK, der Außentemperatur TA und/oder der Vorlauftemperatur TV, welche über einen Analog-/ Digitalwandler A/D dem Regler R zugeführt und dort mit eingestellten Sollwerten, z.B.
    Figure imgb0001

    oder
    Figure imgb0002

    in Relation gesetzt werden. Bei diesem Beispiel erzeugt der Regler R ein Ausgangssignal, das dem Drehzahl-Sollwert n entspricht und im Vergleicher mit dem Drehzahl-Istwert nIST verglichen wird. In Abhängigkeit von der Art (plus oder minus) und/oder der Größe der Differenz dieser beiden Drehzahlwerte kann das Steueraggregat StG beeinflußt werden, das seinerseits entsprechende Steuersignale SST zur Steuerung bzw. Regelung der Drehzahl des Gleichstrommotors M erzeugen könnte.
  • Im Ablaufdiagramm nach Figur 2 sind in den Reihen WA bis Z mit dicken Linien die erforderlichen Signale und mit dünnen Linien unzulässige Signale bezeichnet. Dabei bedeuten:
    • WA:
    der Wärmebedarf bzw. die Wärmeanforderung durch den Regler
    FS:
    Flammensignal
    LP:
    Luftdruckmeldung des externen Luftdruckprüfers (Kontakt) FA
    STB:
    Sicherheitstemperaturbegrenzer
    V:
    Gasventil in der Zuleitung ZL
    Z:
    Zündsignal zum Zündaggregat
    SST:
    Steuersignal zum Gleichstrommotor des Gebläses
    nIST:
    Drehzahl-Istwert abgeleitet vom Halldrehzahlfühler Fn
    thl:
    Zeit zum Hochlaufen des Gebläses
    tv:
    Vorspülzeit
    tbre:
    Bremszeit für das Gebläse
    tz:
    Zündzeit
    ts:
    Sicherheitszeit
    tb:
    Betriebszeit der Brennerregelung
    tn:
    Nachspülzeit
    t:
    Zeit
    A:
    Startbefehl (Reglereinschaltung)
    B:
    Beginn des Brennerbetriebs
    C:
    Beginn der Außerbetriebsetzung
    D:
    Ende der Außerbetriebsetzung und Übergang in die Heimlaufzeit
  • Zum Zeitpunkt A gibt der Reglerteil der Steuereinrichtung durch einen Startbefehl an den Feuerungsautomaten, was beispielsweise dann geschieht, wenn die Temperatur T im Brauchwasserkreislauf oder im Heizungskreislauf unter einen Mindestwert abgesunken ist. Während der Hochlaufzeit thl wird der Gleichstrommotor MG des Gebläses G mit insbesondere pulsweitenmodulierten Steuersignalen SST beaufschlagt, so daß sich dessen Drehzahl nIST auf einen Maximalwert erhöht, sobald ein (einstellbarer) Sollwert (Drehzahl-Sollwert nSOLL) erreicht ist und der externe Luftdruckmelder LP seinen Kontakt schließt. Es beginnt die Vorspülzeit tv. In diesem Zeitpunkt wird in der Verbindungsleitung VL ein bestimmter Luftdruck PA erreicht. Um die Vorspülzeit gering zu halten, empfiehlt es sich, das Gebläse G während der Vorspülzeit tv auf Vollast laufen zu lassen. Über die Rückmeldung des Drehzahl-Istwerts nIST und des Luftdruck-Istwerts (LP-Kontakt geschlossen) kann der Feuerungsautomat bei Erreichen der erforderlichen Mindestwerte sein Funktionsprogramm fortsetzen. Haben die Drehzahl und/oder der Luftdruck den vorbestimmten Grenzwert vor Beginn der Vorspülzeit tv nicht erreicht, erfolgt eine Störabschaltung.
  • Gemäß Figur 3 muß die Drehzahl nIST des Gebläses G während der Vorspülzeit tv einen Mindestwert von beispielsweise 2400 U/min überschreiten.
  • Während der Bremszeit tbre wird die Drehzahl des Gebläses G entsprechend geringeren Steuersignalen SST vermindert.
  • Anschließend wird ein Zündsignal Z während der Zündzeit tz an ein Zündaggregat des Brenners B angelegt beispielsweise an Zündelektroden desselben, während das Gebläse G mit der gleichen Drehzahl von beispielsweise 40% der Maximaldrehzahl weiterläuft, jedoch den Maximalwert von bei diesem Beispiel 2900 U/min gemäß Figur 3 nicht überschreiten darf. Im Verlauf der Zündzeit tz öffnet das Ventil in der Zuleitung ZL, d.h. den als Einstellaggregat dienenden pneumatischen Druckregler V für das brennbare Fluidum F, wodurch die Sicherheitszeit ts beginnt, innerhalb der durch einen Flammenfühler ein Flammensignal festgestellt werden muß, andernfalls die Störabschaltung erfolgt. Diese Sicherheitszeit ts beträgt beispielsweise bis zu 10 s, während die Vorspülzeit tv beispielsweise bis 50 s betragen kann und sich auch die maximale Bremszeit tbre in dieser Größenordnung befindet.
  • Liegt am Ende der Sicherzeitszeit ts die Flammenmeldung vor, erfolgt der Übergang in die Betriebsstellung und beginnt die Brennerbetriebszeit tb, während der die Gebläsedrehzahl nIST in Abhängigkeit von den insbesondere pulsweitenmodulierten Steuersignalen SST und diese wiederum in Abhängigkeit von den vom Regler R vorgegebenen Ausgangssignalen in einem Drehzahlbereich (regelbar) sind, der sich nach Figur 3 zwischen etwa 600 und 6000 U/min bewegt, als Maximalwertvorgabe und Plausibilitätsgrenze, während typischerweise die höchste Drehzahl 4000 U/min beträgt. Während der Brennerbetriebszeit tb ist es nicht erforderlich, den Luftdruck zu überwachen, da der Drehzahlfühler Fn mit dessen Ausgangssignalen genügend Sicherheit bietet.
  • Ist die Vorlauftemperatur TV höher als die Ausschaltschwelle, so wird vom Regler R der Brennerbetrieb zum Zeitpunkt C eingestellt, indem die Zufuhr von brennbarem Fluidum F zum Brenner B durch das Einstellorgan V abgestellt wird. Das Gebläse G kann aber in Betrieb bleiben, um Verbrennungsrückstände auszublasen. Während dieser Sperrzeit tsp wird die Gebläsedrehzahl nIST auf Vollast (programmierbar) hochgefahren, worauf sich dann der Heimlauf als regulärer Übergang in die Standby-Phase anschließt.
  • Gemäß der besonderen Ausbildung der Erfindung nach Figur 4 ist die Einrichtung mit einem Mikrocomputer MC bestückt; sie übernimmt sowohl die Aufgaben des Temperaturreglers als auch die Aufgaben des Feuerungsautomaten. Dabei kann mit dem Mikrocomputer MC ein weiterer Mikrocomputer MC 1 in Datenaustauschbeziehung stehen, der eine Überwachungsfunktion übernimmt, um die Sicherheit des Feuerungsautomaten zu gewährleisten. Der Flammenfühler FF gibt Ausgangssignale sowohl an den Mikrocomputer MC als auch den weiteren, Überwachungszwecken dienenden Mikrocomputer MC 1 ab. Beide Mikrocomputer MC, MC1 können unabhängig voneinander zwei Schaltelemente zu den Ansteuerklemmen des Gasventils schließen bzw. öffnen. Die beiden Computer überwachen sich auch gegenseitig auf korrekte Funktion.
  • Eine Einstellvorrichtung Einst ermöglicht die Programmierung des Mikrocomputers MC durch Eingabe von Daten in den Speicher SP. Der Mikrocomputer MC veranlaßt die Initiierung von Steuersignalen SST im Signalgenerator SG. Der Vergleicher Ve vergleicht den Drehzahl-Istwert nIST mit den programmierten Drehzahl-Sollwerten nSOLL, um bei Abweichungen bzw. Über- oder Unterschreitungen der in Figur 3 gezeigten Drehzahlen entsprechende Funktionen zu veranlassen oder Störabschaltungen vorzunehmen. Die beiden Mikrocomputer MC, MC1 wirken auf zwei in Reihe in die 24V-Wechselspannungsleitung WL geschaltete Schalter S1, S2; die Leitung WL versorgt das Antriebsaggregat AA für das Brenngasventil V mit elektrischem Wechselstrom.
  • Ein Vorteil dieser Integration der elektronischen und insbesondere auf beispielsweise nur zwei bestückten Leiterplatten angeordneten Steuereinrichtung besteht darin, daß es überflüssig ist, einerseits für den Feuerungsautomaten und andererseits für den Temperaturregler eine eigene Steuereinrichtung mit den jeweils zugehörigen Komponenten zu verwenden. So genügt ein einziger Signalgenerator SG zum Erzeugen und Abgeben der insbesondere pulsweitenmodulierten Steuersignale SST, welche sowohl zur Steuerung des Anlaufprogramms (in der Funktion als Feuerungsautomat) als auch zur Temperatur-Regelung während des Brennerbetriebs (in der Funktion als Regler) ihre Aufgabe erfüllen. Die vom Hall-Drehzahlfühler Fn abgefühlten Drehzahl-Istwerte nIST können nicht nur während des Anlaufprogramms (Funktion als Feuerungsautomat), sondern auch während des geregelten Brennerbetriebs zur Steuerung und Regelung ausgewertet werden.
  • Der Luftdruckwächter bzw. -fühler FA stellt sicher, daß beim Betrieb der Feuerungsautomaten, d.h. in der "Anlaufphase" stets genügend Luftdruck zum Vorspülen des Brennerraumes und Kamins aufgebaut ist. Während des Betriebs des Temperaturreglers R, u.z. im modulierenden Betrieb, kann bei geringer Wärmeanforderung WA die Drehzahl n des Gebläses G so weit sinken, daß der Luftdruckfühler FA gar nicht mehr anspricht.
  • Für diesen Fall empfiehlt sich die Verwendung eines weiteren Luftdruckfühlers, der auf niedrigeren Luftdruck entsprechend einer geringeren Gebläsedrehzahl anspricht. In Abhängigkeit vom Drehzahlbereich ist dann der eine oder der andere Luftdruckfühler anwendbar. Um einen solchen zweiten Luftdruckfühler einzusparen, ist es vorteilhaft, bei jedem Auftreten eines hohen Wärmebedarfs, der eine so hohe Drehzahl n des Gebläses G nach sich zieht, daß der Luftdruckfühler FA ansprechen muß, den Schaltzustand des Luftdruckfühlers FA abzufragen. Spricht der Luftdruckfühler FA nicht an, so erfolgt eine Abschaltung mit nachfolgender Repetition des Startvorgangs.
  • Der Luftdruckfühler FA spricht auch bei Sicherheitstest an, wonach mindestens einmal in 24 Stunden eine kurzzeitige Ausschaltung und ein Neuanlauf mit Hilfe des Feuerungsautomaten erfolgt.

Claims (10)

  1. Steuerungseinrichtung bzw. Regeleinrichtung für Gas-Feuerungsautomaten von Heizungsanlagen, bei der dem Brenner für den Heizkessel Gas als brennbares Fluidum, dessen Druck durch ein Einstellorgan einstellbar ist, sowie Luft über ein Gebläse und eine Verbindungsleitung zuführbar ist, bei der der Luftdruck in der Verbindungsleitung ebenfalls durch ein Einstellorgan einstellbar ist und ein Gleich- oder Verhältnis-Druckregler die optimale Gasmenge in Abhängigkeit vom Luftdruck bzw. der geförderten Luftmenge in der Verbindungsleitung als Stellgröße steuert bzw. regelt oder nachregelt,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß als Einstellorgan für die Luft ein Gebläse (G) mit veränderbarer Drehzahl dient, das durch einen Gleichstrommotor (MG) antreibbar ist, der durch Steuersignale (SST) eines Steueraggregats (StG) steuerbar ist, welches der Regler (R) beaufschlagt.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Steueraggregat (StG) den Gleichstrommotor (MG) mit digitalen pulsweitenmodulierten Steuersignalen (SST) beaufschlagt.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Steueraggregat (StG) in Abhängigkeit von Ausgangssignalen eines Vergleichers steuerbar ist, der den Drehzahl-Ist-Wert (nIST) des Gebläses (G) mit einem Drehzahl-Sollwert (nSOLL) vergleicht, welcher der Regler (R) als Ausgangssignal liefert und dadurch die Drehzahl regelt.
  4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein Luftdruckfühler (FA) den Luftdruck in der Verbindungsleitung (VL) zwischen dem Gebläse (G) und dem Brenner (B) dann abfühlt, wenn der Drehzahl-Istwert (nIST) größer als ein Drehzahl-Sollwert (nSOLL) ist und daß der Feuerungsautomat bei nicht genügendem Luftdruck eine Repetition, d.h. ein Ausschalten und Wiedereinschalten, vornimmt.
  5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß Hallsensoren (Fn) digitale Hallsignale als Drehzahl-Istwerte (nIST) erzeugen.
  6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3-5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Einstellorgan für den Luftdruck als rein pneumatisches Gleichdruckregelventil (V) mit zwei in Reihe geschalteten Absperrventilen ausgebildet ist, welche durch den Luftdruck (PA) in der Verbindungsleitung (VL) steuerbar sind.
  7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    gekennzeichnet durch
    die Verwendung eines Gleichstrommotors (MG) für das Gebläse (G), mit dem ein Modulationsbereich von mindestens 1:3 des Brenners (B) betreibbar ist.
  8. Einrichtung nach Anspruch 7,
    gekennzeichnet durch
    die Verwendung eines Gleichstrommotors (MG) für das Gebläse (G), mit dem ein Modulationsbereich von etwa 1:10 des Brenners (B) betreibbar ist.
  9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    gekennzeichnet durch
    die Kombination mit einem Temperaturregler (R), welcher die Luftmenge in Abhängigkeit von der Wärmeanforderung (WA), z.B. von der Außentemperatur (TA), der Raumtemperatur (TR) des zu beheizenden Raums, der Kesseltemperatur und/oder der Vorlauftemperatur (TV), als Stellgröße verändert.
  10. Verwendung einer Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Verbindung mit einem Temperaturregler (R), welcher die Kesseltemperatur und/oder die Vorlauftemperatur (TV) in Abhängigkeit von der Wärmeanforderung (WA), z.B. der Raumtemperatur (TR) und/oder der Außentemperatur, regelt.
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