EP1310746A1 - Device and method for control of fluid heater - Google Patents
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- EP1310746A1 EP1310746A1 EP02023856A EP02023856A EP1310746A1 EP 1310746 A1 EP1310746 A1 EP 1310746A1 EP 02023856 A EP02023856 A EP 02023856A EP 02023856 A EP02023856 A EP 02023856A EP 1310746 A1 EP1310746 A1 EP 1310746A1
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Definitions
- the present invention relates to an apparatus and a method for regulating Thermal baths according to the preambles of claims 1 and 11, a preferred one Use of the device and the method according to claim 25 and a Regulator for performing the method according to claim 26.
- Such devices and methods for regulating thermal baths, in particular for Control of a hot water heater with a burner for heating a heat transfer medium, such as water, are already known, wherein there are basically two different principles here. This is the case with some manufacturers the process water or the heat transfer medium to be heated in a continuous flow principle directly heated by a burner via a heat exchanger, while at other manufacturers a second heat exchanger, i.e. a so-called secondary exchanger, for domestic water heating is used. Outline these two basic principles the representations in Figures 1 and 2, which are discussed in detail below.
- the heat transfer medium is used either directly via a primary exchanger or indirectly using the heated water the heating is heated via a secondary exchanger and at suitable tapping points, for example in the kitchen or in the bathroom.
- the regulation of the burner are carried out in the known prior art by measuring the Outlet temperature at the outlet of the primary exchanger or the secondary exchanger, the compared with a predetermined target temperature and the controller, for example one PI controller, is supplied to output a manipulated variable, the manipulated variable being, for example can be a signal to adjust the power of the burner.
- the quantity of the heat transfer medium that is not measured represents a disturbance variable in the control loop and has a great influence on the dynamics of the control loop.
- the object of the present invention is the known devices and methods to control thermal baths to improve that temperature fluctuations Avoided on the outlet side of the heat exchanger and a reliable one Regulation of the burner of the thermal baths can be achieved for different principles can.
- the aim of the invention is therefore to maintain a constant outlet temperature at different To achieve disturbance variables.
- the volume flow should be on the outlet side of the heat exchanger but cannot be measured by expensive volumetric flow meters, but the invention is based on the object of indirectly increasing the volume flow record in order to be able to use this for a feedforward control.
- the present invention is not only intended for systems with direct heating of the heat transfer medium can be used in the primary exchanger, but also for all other systems such as in systems with secondary heat exchangers, which in all Usually only have a small buffer (in the order of approx. 1 l) must be kept on standby to bridge the time required enough energy around the secondary heat exchanger via a primary heat exchanger to make available, i.e. in addition to an outlet temperature control (primary heat exchanger) the invention is also intended for comfort temperature control (with secondary exchanger) be applicable.
- the device according to the invention for regulating thermal baths has a burner for heating a heat transfer medium, an inlet for supplying the Heat transfer medium that has a certain inlet temperature at the inlet, one Spout for removing the heat transfer medium that has a specific one at the spout Has outlet temperature, and a controller that heats the heat transfer medium by means of a primary exchanger or a secondary exchanger at least depending a target temperature and the outlet temperature.
- a primary exchanger or a secondary exchanger i.e. to determine the The controller measures the tapping amount of the heat transfer medium at a rate of increase the outlet temperature at a predeterminable burner output, with the aid of Rise rate calculates the amount of heat transfer medium removed becomes.
- the mathematical basis for this calculation is the fact that the slew rate the outlet temperature with a constant burner output indirectly is proportional to the amount of heat transfer medium discharged, i.e. that a greater amount of heat transfer medium discharged at a lower rate of increase the outlet temperature of the heat transfer medium leads and vice versa.
- the rate of increase can be achieved at a set target temperature the outlet temperature in each case at a predetermined, but at least constant burner output can be measured for the time of measurement.
- the controller modulates the burner output, the controller parameters, i.e. for example the controller gain, based on the calculated amount of the discharged Heat transfer medium can be changed accordingly. For example, the controller sets determines that a large amount of heat transfer medium is removed, it does not have to - as in the prior art - on a corresponding drop in the outlet temperature "wait", but can directly control the control variable for the performance of the burner on the Coordinate the requested amount of heat transfer medium.
- the controller advantageously has a memory for storing the smallest and largest Ramp rates of the outlet temperature for each adjustable target temperature on. As soon as the controller reaches the corresponding rate of increase Has measured outlet temperature, it compares this with the stored smallest or greatest rate of rise and stores the measured rate of rise then as the lowest or highest rate of increase in the memory, if the measured slew rate is less than the smallest stored one Rise rate or if this is greater than the largest stored Slew rate. This ensures that the smallest in each case and largest amounts of heat transfer medium (tapping quantities) removed and can be adapted during operation.
- the control thus arranges at a set target temperature and at the predeterminable one Burner output the lowest rate of rise of the outlet temperature the largest amount of heat transfer medium that can be removed (largest draw-off amount) and the greatest rate of increase of the outlet temperature of the smallest dissipatable Amount of heat transfer medium (smallest tap quantity) and calculated based on the measured rate of increase the amount of heat transfer medium removed linear in relation to it.
- this can be done by specifying of the two points (maximum tapping quantity, lowest rate of rise and minimum Tapping amount, highest rate of rise) in the x-y coordinate system, which are connected by a straight line, so that all other taps at one measured slew rate between the smallest and largest slew rate can be read directly.
- the controller advantageously chooses to calculate the amount of heat transfer medium removed, i.e. for measuring the slew rate, as a predeterminable burner output about 60% to 100%, preferably about 80% of the burner output required at the maximum removable amount of the heat transfer medium at a set Target temperature off.
- a predeterminable burner output for example the controller as predeterminable burner output, for example 80% of the required Burner output at maximum draw-off quantity, in this case 80% from 77.8% from of the burner output, which at a maximum target temperature of, for example 60 ° C and would be necessary with the maximum draw-off quantity (maximum operation of the burner).
- the controller advantageously starts measuring the slew rate at a minimum outlet temperature and ends the measurement when the target temperature is reached. This has the advantage that in the case of modulating burners the burner anyway if the outlet temperature falls below a minimum and then at this burner start immediately with the measurement of the slew rate can be started to immediately measure the amount of heat transfer medium removed to obtain.
- the controller starts the controller measures the rate of rise at a predeterminable temperature difference below the target temperature and ends again when it is reached the target temperature. This is useful, for example, if the heat exchanger is heated from the cold state, since then a minimum outlet temperature does not yet exist and the heat exchanger can only be heated up from below got to.
- the controller advantageously measures the rate of rise each time the set temperature changes the outlet temperature at a target temperature assigned to this and predeterminable burner output.
- the assigned and predeterminable Burner performance to measure the slew rate can also be used as an identification burner performance be designated.
- the method according to the invention for regulating thermal baths is based on the aforementioned principles.
- the heat transfer medium becomes the heat exchanger at the inlet of the heat exchanger fed and discharged via the outlet.
- the outlet temperature detectable at the outlet together with a target temperature that can be determined by the operator of the thermal bath fed to the controller, the corresponding control difference from these forms two temperatures.
- the controller additionally the outlet temperature is supplied. Based on the rate of increase the outlet temperature can thus be determined at a predeterminable burner output (identification burner output) the amount of heat transfer medium removed is calculated and the heating of the heat transfer medium can be regulated based on this amount.
- the burner output is then advantageously used for larger quantities of dissipated heat transfer medium stronger and with smaller amounts of the removed heat transfer medium changed less.
- the burner output depending on the set target temperature to a specifiable Maximum value limited which is a fraction of the burner output at maximum target temperature equivalent.
- This limited burner output is calculated after the calculation the amount of heat transfer medium removed as an upper limit for the modulating control used, for example, when using a PI controller prevent overshoot of the outlet temperature and around the modulation to adjust the burner closer to the power currently required.
- the limitation the setting range can be active in both comfort and phase-out mode and may be increased by a certain burner output (e.g. 5%), to compensate for tolerances.
- the exact target temperatures are advantageously obtained as part of a calibration process at two different measuring points of the outlet or comfort temperature and calculates the target correction temperature on these at least two different ones Values of the target temperature, while all other values based on the target temperature a straight line between these two different values of the target temperature be linearly interpolated.
- the inlet temperature of the heat transfer medium at the inlet of the heat exchanger is estimated without an inlet temperature sensor.
- the heat transfer medium is heated by means of a secondary exchanger, so can measure the measured buffer medium temperature in the buffer medium storage as the inlet temperature (Domestic hot water tank or boiler) plus a correction temperature be used when the sensor is attached to the cold water side of the heat exchanger and the time of the discharge exceeds a predeterminable maximum time.
- the buffer medium storage (hot water storage) is sufficient much heat transfer medium withdrawn, so that the temperature in the buffer medium storage corresponds approximately to the inlet temperature.
- a predeterminable criterion can be used Time of removal of the heat transfer medium can be used.
- this measured buffer medium temperature plus a correction temperature however only used if this is within a predeterminable (permissible) temperature range lies around a preferred mean value. With This is advantageous at around 15 ° C with a fluctuation range of around +/- 5 K.
- the heating of the heat transfer medium in cyclic operation i.e. with very small amounts of dissipated heat transfer medium, after starting the burner from an ignition power as directly as possible to a predeterminable and storable clock power switched.
- the last power before switching off is advantageously used as the cycle power of the burner or the minimum adjustable output of the burner is used.
- the blower is switched on when the burner is switched off the burner is not switched off, but preferably continues at an ignition speed operated. This makes it possible to start the burner faster, what a "Sagging" of the outlet temperature reduced.
- a controller for performing a method according to the present
- the invention assigns at least one input for reading in or a processor Calculation of the difference between an adjustable target temperature and the outlet temperature a heat transfer medium that can be heated by a burner and at least one output for regulating the power of the burner, the controller has at least one further input for reading in the outlet temperature, the controller then the rate of rise of the outlet temperature at a Predeterminable burner power measures and based on the rate of increase discharged amount of the heat transfer medium is calculated. With the help of the calculated The controller can then regulate the amount of heat transfer medium removed Optimize heating of the heat transfer medium.
- the controller advantageously changes the burner output after the calculation modulating the amount of heat transfer medium removed, the controller parameters changeable based on the calculated amount of the heat transfer medium are.
- FIG 1 shows the schematic representation of a continuous flow heater with primary exchanger 7 (primary heat exchanger) by a burner 2 (only shown schematically) is heated.
- the cold water KW is the primary exchanger via a cold water inlet 5 7 fed and heated there.
- the heated water is at a tap 6 as Hot water taken from WW.
- A is used to measure the outlet temperature ⁇ Off Outlet temperature sensor B3 (temperature sensor 9). Via a pressure switch (flowswitch) FS the hot water tap is recognized.
- the burner 2 serves at the same time for heating a heating medium, such as water, for Heat supply to a house.
- a heat exchanger is shown only schematically 8 with flow temperature sensor B2, return temperature sensor B7, flow pump or heating circuit pump Q1, consumer 3 (radiator) and water pipe 4.
- FIG. 2 shows the schematic representation of a continuous flow heater with a secondary heat exchanger, where the cold water KW is not directly from burner 2, but via one Secondary exchanger 10 (secondary heat exchanger) is heated.
- the secondary exchanger 10 is supplied with heat from the heating medium via a three-way valve UV the cold water warms up.
- a discharge temperature sensor B3 is used for the measurement the outlet temperature ⁇ Off.
- An inlet temperature sensor B5 and a buffer medium temperature sensor B4 is also indicated schematically.
- a pressure switch is FS here on the outlet side at the tap 6 for measuring a tap of hot water WW arranged.
- the heating circuit pump Q1 is in this case on the return side of the Boiler 8 in front of the return temperature sensor B7 and at the same time ensures circulation of the heating medium in the secondary exchanger 10.
- an own domestic water circuit pump can also be used.
- FIG. 3 shows - greatly simplified - the control structure.
- the controller 1 controls the burner 2 by means of a manipulated variable, ie advantageously a signal for the burner's output.
- the burner 2 represents the path to be controlled, which of course includes the heat exchanger, the cold water to be heated and all other disturbance variables and parts of the path in addition to the burner 2.
- the outlet temperature ⁇ from is - as is known from the prior art - fed back and added to the set temperature ⁇ set with a negative sign, so that a temperature difference ⁇ can be supplied to the controller 1.
- controller 1 is also supplied with the outlet temperature ⁇ off .
- the basis for the detection of the amount of heat transfer medium removed is now the fact that a certain amount of energy must be supplied to the heat exchanger for each tapping amount in order to keep the outlet temperature ⁇ off constant at a specific inlet temperature ⁇ on. If more energy is supplied, the outlet temperature ⁇ off increases with a certain rate of increase v A. Therefore, if more energy is supplied to the heat exchanger than is required based on the tapping quantity, the return or outlet temperature ⁇ Off will increase.
- the rate of increase v A is determined by the energy not required (excess energy). The higher the rate of rise v A , the lower the amount of hot water WW drawn, ie rate of rise v A and tap quantity are indirectly dependent on one another.
- the identification burner output is therefore always dependent on the output of the maximum draw-off quantity calculated. This ensures that with this burner performance after calculating the tap quantity, i.e. after identification always in is close to the power actually required. With a very small tap quantity you, on the other hand, are too high in performance.
- SdBwAusMax stands for upper limit of the switching difference for switching off the burner
- SdBwAusMin stands for the lower limit of the switching difference for switching off the burner
- SdOn stands for the lower switching differential for switching on the burner.
- the burner output is activated for identification according to the table above when a hot water tap is detected and when burner 2 is switched on.
- the outlet temperature ⁇ Off (or the return temperature for e.g. heating systems) will initially drop and then rise again (see Figure 4).
- the rise in the outlet temperature ⁇ off (drop or rise gradient) is detected and the minimum of the outlet temperature ⁇ minimum is thus determined.
- This minimum of the outlet temperature ⁇ Minimum is noted and the time is recorded from this point in time (time t 0 ).
- the time is then measured until the discharge temperature ⁇ from the set temperature ⁇ has reached target (time t 1).
- the difference temperature ⁇ Differenz between the set temperature Soll setpoint and the minimum temperature ⁇ minimum and the difference ⁇ t between the times t 1 and t 0 are then formed.
- the ratio ⁇ to ⁇ t indicates the gradient of rise, ie the speed of rise v A of the outlet temperature ⁇ Aus at constant burner output and is therefore an indirect measure of the corresponding draw-off quantity.
- the measured gradient of rise is compared with the stored minimum and maximum values. If the measured value is less than the stored minimum value (lowest rate of rise v Amin ), this value is then saved as the new minimum value.
- Each measured slew rate v A which is greater than the stored value, indicates a smaller tap quantity.
- the highest rate of rise vAmax (smallest tap quantity) is saved. If there are now smaller or larger rates of increase than the previously stored values, these are then stored as minimum or maximum values.
- hot water WW is drawn off after the initial start-up with a maximum draw-off quantity. This allows the lowest rate of rise to be determined. For the greatest rate of rise, for example, twice the smallest rate of rise v amine can then be set as the new starting value. These values are then further adapted during operation.
- the conversion quantity tapped in between is calculated. From this tapping quantity, it is then possible to switch over to the required burner output and the modulation controller with regard to the output adjustment can be enabled (see time t 1 in FIG. 4). The controller parameters of controller 1 can then be switched over depending on the determined tapping quantity.
- time recording must begin at a specified ⁇ examen below the temperature setpoint ⁇ target .
- the modulation controller 1 must be released prematurely. The following applies to the release of the modulation controller: If the outlet temperature ⁇ off is below the temperature setpoint ⁇ set minus a switch-on difference ⁇ and the runtime from this point in time t 0 is greater than 1 minute, for example, the modulation controller is released.
- FIG. 5 shows the schematic representation of the setting of the starting power in the cyclical operation of the burner 2, that is to say with small tapping quantities. While the outlet temperature ⁇ off versus time was plotted in the upper part of FIG. 5, as in FIG. 4, the output of the burner 2 versus time is shown in accordance with the outlet temperature emperaturout off above. As soon as a cycle operation has been recognized, ie the tapping of particularly small amounts of hot water WW and the burner 2 have been switched off, the last-used output of the burner 2 is stored in a memory of the controller 1.
- the burner 2 While the burner 2 remains switched off, it is possible to let the burner fan continue to run in order to get into the suitable speed range as quickly as possible when the burner is switched on again. As soon as the outlet temperature ⁇ Out crosses the lower limit of the switching difference SdEin, the burner 2 switches on again, using the previously “noted” power, ie the power stored in the controller 1, which can then also be used, for example, to measure the rate of increase vA if this has not been done before. After the identification phase (power constant), the modulation controller is released.
- the burner output is shown in FIG. 5 after the burner is switched on again then set to minimum output if the burner output set last is lower than the minimum burner output.
- FIGS. 6a and 6b show correction values for the comfort temperature control and the outlet temperature control, which can be used to correct the temperature setpoint ⁇ setpoint in order to compensate for a deviation from the realistic temperature values.
- the measured outlet temperature ⁇ Off does not exactly match the specified temperature setpoint, both in outlet temperature control and in comfort temperature control, i.e. it there is an offset shift, which also depends on the set temperature setpoint ⁇ setpoint . This behavior can be corrected by the offset shift.
- inventive method and the inventive device can, for example, a domestic water heater far more accurate and controlled more reliably, without causing large fluctuations of the outlet temperature ⁇ off.
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regelung von
Thermen nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 11, eine bevorzugte
Verwendung der Vorrichtung und des Verfahrens nach Patentanspruch 25 sowie einen
Regler zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 26.The present invention relates to an apparatus and a method for regulating
Thermal baths according to the preambles of
Derartige Vorrichtungen und Verfahren zur Regelung von Thermen, insbesondere zur Regelung eines Brauchwasser-Durchlauferhitzers mit einem Brenner zur Erwärmung eines Wärmeträgermediums, wie beispielsweise Wasser, sind bereits bekannt, wobei hier grundsätzlich zwei verschiedene Prinzipien existieren. So wird bei einigen Herstellern das Brauchwasser bzw. das zu erwärmende Wärmeträgermedium im Durchlaufprinzip direkt über einen Wärmetauscher von einem Brenner erwärmt, während bei anderen Herstellern ein zweiter Wärmetauscher, d.h. ein sog. Sekundärtauscher, für die Brauchwassererwärmung eingesetzt wird. Diese zwei Grundprinzipien skizzieren die Darstellungen in den Figuren 1 und 2, die nachfolgend noch detailliert erörtert werden.Such devices and methods for regulating thermal baths, in particular for Control of a hot water heater with a burner for heating a heat transfer medium, such as water, are already known, wherein there are basically two different principles here. This is the case with some manufacturers the process water or the heat transfer medium to be heated in a continuous flow principle directly heated by a burner via a heat exchanger, while at other manufacturers a second heat exchanger, i.e. a so-called secondary exchanger, for domestic water heating is used. Outline these two basic principles the representations in Figures 1 and 2, which are discussed in detail below.
Bei den bekannten Thermen bzw. Durchlauferhitzern wird das Wärmeträgermedium entweder direkt über einen Primärtauscher oder indirekt mittels des erwärmten Wassers der Heizung über einen Sekundärtauscher erwärmt und an geeigneten Zapfstellen, beispielsweise in der Küche oder im Bad, entnommen. Die Regelung des Brenners solcher Thermen erfolgt beim bekannten Stand der Technik durch die Messung der Auslauftemperatur am Auslauf des Primärtauschers oder des Sekundärtauschers, die mit einer vorgebbaren Solltemperatur verglichen und dem Regler, beispielsweise einem PI-Regler, zur Ausgabe einer Stellgröße zugeführt wird, wobei die Stellgröße beispielsweise ein Signal zur Leistungseinstellung des Brenners sein kann.In the known thermal baths or instantaneous water heaters, the heat transfer medium is used either directly via a primary exchanger or indirectly using the heated water the heating is heated via a secondary exchanger and at suitable tapping points, for example in the kitchen or in the bathroom. The regulation of the burner Such thermal baths are carried out in the known prior art by measuring the Outlet temperature at the outlet of the primary exchanger or the secondary exchanger, the compared with a predetermined target temperature and the controller, for example one PI controller, is supplied to output a manipulated variable, the manipulated variable being, for example can be a signal to adjust the power of the burner.
All diesen Prinzipien ist gemeinsam, daß zwar die Auslauftemperatur zur Regelung des Brenners, d.h. zur Regelung der Erwärmung des Wärmeträgermediums genutzt wird, die Menge des abgeführten Wärmeträgermediums am Auslauf des Wärmetauschers, d.h. der Durchfluß (Volumenstrom) auf der Brauchwasserseite, jedoch nicht erfaßt wird und sich dadurch erhebliche Regelungsschwankungen ergeben, die an den Zapfstellen (wie beispielsweise in der Küche oder im Bad) zu entsprechenden Temperaturschwankungen führen.All these principles have in common that the outlet temperature for regulating the Brenners, i.e. is used to regulate the heating of the heat transfer medium, the amount of the heat transfer medium removed at the outlet of the heat exchanger, i.e. the flow (volume flow) on the domestic water side, but is not recorded and this results in considerable fluctuations in the regulations at the tapping points (such as in the kitchen or bathroom) to corresponding temperature fluctuations to lead.
Die nicht gemessene Menge des abgeführten Wärmeträgermediums stellt eine Störgröße im Regelungskreis dar und hat großen Einfluß auf die Dynamik des Regelkreises.The quantity of the heat transfer medium that is not measured represents a disturbance variable in the control loop and has a great influence on the dynamics of the control loop.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannten Vorrichtungen und Verfahren zur Regelung von Thermen dahingehend zu verbessern, daß Temperaturschwankungen auf der Auslaufseite der Wärmetauscher vermieden und eine zuverlässige Regelung des Brenners der Therme für unterschiedliche Prinzipien erreicht werden kann.The object of the present invention is the known devices and methods to control thermal baths to improve that temperature fluctuations Avoided on the outlet side of the heat exchanger and a reliable one Regulation of the burner of the thermal baths can be achieved for different principles can.
Ziel der Erfindung ist es daher, eine konstante Auslauftemperatur bei verschiedenen Störgrößen zu erreichen. Dabei soll der Volumenstrom auf der Auslaufseite der Wärmetauscher jedoch nicht durch teure Volumenstrommeßgeräte gemessen werden, sondern der Erfindung liegt hier die Aufgabe zugrunde, den Volumenstrom indirekt zu erfassen, um diesen für eine Störgrößenaufschaltung verwenden zu können.The aim of the invention is therefore to maintain a constant outlet temperature at different To achieve disturbance variables. The volume flow should be on the outlet side of the heat exchanger but cannot be measured by expensive volumetric flow meters, but the invention is based on the object of indirectly increasing the volume flow record in order to be able to use this for a feedforward control.
Dabei soll die vorliegende Erfindung nicht nur bei Systemen mit direkter Erwärmung des Wärmeträgermediums im Primärtauscher einsetzbar sein, sondern auch bei allen anderen Systemen wie z.B. bei Systemen mit Sekundärwärmetauscher, die in aller Regel nur einen geringen Puffer (in einer Größenordnung von ca. 1 l) aufweisen, der auf Bereitschaft gehalten werden muß, um die Zeit zu überbrücken, die benötigt wird, um dem Sekundärwärmetauscher genügend Energie über einen Primärwärmetauscher zur Verfügung zu stellen, d.h. neben einer Auslauftemperatur-Regelung (Primärwärmetauscher) soll die Erfindung auch bei einer Komforttemperatur-Regelung (mit Sekundärtauscher) einsetzbar sein.The present invention is not only intended for systems with direct heating of the heat transfer medium can be used in the primary exchanger, but also for all other systems such as in systems with secondary heat exchangers, which in all Usually only have a small buffer (in the order of approx. 1 l) must be kept on standby to bridge the time required enough energy around the secondary heat exchanger via a primary heat exchanger to make available, i.e. in addition to an outlet temperature control (primary heat exchanger) the invention is also intended for comfort temperature control (with secondary exchanger) be applicable.
Die Erfindung löst die ihr zugrunde liegende Aufgabe durch die kennzeichnenden
Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 11 sowie 26, wobei vorteilhafte
Ausgestaltungen und Anwendungsvarianten der Erfindung in den Unteransprüchen
gekennzeichnet und beschrieben sind. Eine vorteilhafte Verwendung des Verfahrens
bzw. der Vorrichtung ist in Patentanspruch 25 beansprucht. Ein für eine erfindungsgemäße
Vorrichtung bzw. für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneter Regler ist in
den Patentansprüchen 26 und 27 gekennzeichnet.The invention solves the underlying problem by the characterizing
Features of
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Regelung von Thermen weist einen Brenner zur Erwärmung eines Wärmeträgermediums auf, einen Einlauf zur Zuführung des Wärmeträgermediums, das am Einlauf eine bestimmte Einlauftemperatur hat, einen Auslauf zur Abführung des Wärmeträgermediums, das am Auslauf eine bestimmte Auslauftemperatur hat, und einen Regler, der die Erwärmung des Wärmeträgermediums mittels eines Primärtauschers oder eines Sekundärtauschers zumindest in Abhängigkeit einer Soll-Temperatur und der Auslauftemperatur regelt. Zur Berechnung der Menge des abgeführten Wärmeträgermediums auf der Auslaufseite des Wärmetauschers (z.B. Primärtauscher oder Sekundärtauscher), d.h. zur Feststellung der Zapfmenge des Wärmeträgermediums mißt der Regler eine Anstiegsgeschwindigkeit der Auslauftemperatur bei einer vorbestimmbaren Brennerleistung, wobei anhand der Anstiegsgeschwindigkeit die abgeführte Menge des Wärmeträgermediums berechnet wird.The device according to the invention for regulating thermal baths has a burner for heating a heat transfer medium, an inlet for supplying the Heat transfer medium that has a certain inlet temperature at the inlet, one Spout for removing the heat transfer medium that has a specific one at the spout Has outlet temperature, and a controller that heats the heat transfer medium by means of a primary exchanger or a secondary exchanger at least depending a target temperature and the outlet temperature. For calculating the amount of the heat transfer medium removed on the outlet side of the heat exchanger (e.g. primary exchanger or secondary exchanger), i.e. to determine the The controller measures the tapping amount of the heat transfer medium at a rate of increase the outlet temperature at a predeterminable burner output, with the aid of Rise rate calculates the amount of heat transfer medium removed becomes.
Die mathematische Grundlage für diese Berechnung ist die Tatsache, daß die Anstiegsgeschwindigkeit der Auslauftemperatur bei einer konstanten Brennerleistung indirekt proportional zur Menge des abgeführten Wärmeträgermediums ist, d.h., daß eine größere Menge von abgeführtem Wärmeträgermedium zu einer geringeren Anstiegsgeschwindigkeit der Auslauftemperatur des Wärmeträgermediums führt und umgekehrt. Hierfür kann bei einer jeweils eingestellten Soll-Temperatur die Anstiegsgeschwindigkeit der Auslauftemperatur jeweils bei einer vorbestimmbaren, jedoch zumindest für die Zeit der Messung konstanten Brennerleistung gemessen werden.The mathematical basis for this calculation is the fact that the slew rate the outlet temperature with a constant burner output indirectly is proportional to the amount of heat transfer medium discharged, i.e. that a greater amount of heat transfer medium discharged at a lower rate of increase the outlet temperature of the heat transfer medium leads and vice versa. For this, the rate of increase can be achieved at a set target temperature the outlet temperature in each case at a predetermined, but at least constant burner output can be measured for the time of measurement.
Nach der Berechnung der Menge des abgeführten Wärmeträgermediums verändert der Regler die Brennerleistung modulierend, wobei die Reglerparameter, d.h. beispielsweise die Reglerverstärkung, anhand der berechneten Menge des abgeführten Wärmeträgermediums entsprechend veränderbar sind. Stellt der Regler beispielsweise fest, daß eine große Menge von Wärmeträgermedium abgeführt wird, so muß er nicht - wie beim Stand der Technik - auf ein entsprechendes Absinken der Auslauftemperatur "warten", sondern kann unmittelbar die Stellgröße für die Leistung des Brenners auf die angeforderte Menge von Wärmeträgermedium abstimmen. After calculating the amount of heat transfer medium removed changed the controller modulates the burner output, the controller parameters, i.e. for example the controller gain, based on the calculated amount of the discharged Heat transfer medium can be changed accordingly. For example, the controller sets determines that a large amount of heat transfer medium is removed, it does not have to - as in the prior art - on a corresponding drop in the outlet temperature "wait", but can directly control the control variable for the performance of the burner on the Coordinate the requested amount of heat transfer medium.
Mit Vorteil weist der Regler einen Speicher zur Speicherung der kleinsten und größten Anstiegsgeschwindigkeiten der Auslauftemperatur für jede einstellbare Soll-Temperatur auf. Sobald der Regler die entsprechende Anstiegsgeschwindigkeit der Auslauftemperatur gemessen hat, vergleicht er diese mit der abgespeicherten kleinsten bzw. größten Anstiegsgeschwindigkeit und speichert die gemessene Anstiegsgeschwindigkeit dann als kleinste bzw. größte Anstiegsgeschwindigkeit im Speicher ab, wenn die gemessene Anstiegsgeschwindigkeit kleiner ist als die kleinste abgespeicherte Anstiegsgeschwindigkeit bzw. wenn diese größer ist als die größte abgespeicherte Anstiegsgeschwindigkeit. Dadurch wird gewährleistet, daß so die jeweils kleinsten und größten abgeführten Mengen an Wärmeträgermedium (Zapfmengen) festgestellt und im laufenden Betrieb adaptiert werden können.The controller advantageously has a memory for storing the smallest and largest Ramp rates of the outlet temperature for each adjustable target temperature on. As soon as the controller reaches the corresponding rate of increase Has measured outlet temperature, it compares this with the stored smallest or greatest rate of rise and stores the measured rate of rise then as the lowest or highest rate of increase in the memory, if the measured slew rate is less than the smallest stored one Rise rate or if this is greater than the largest stored Slew rate. This ensures that the smallest in each case and largest amounts of heat transfer medium (tapping quantities) removed and can be adapted during operation.
Die Regelung ordnet somit bei einer eingestellten Soll-Temperatur und bei der vorbestimmbaren Brennerleistung die kleinste Anstiegsgeschwindigkeit der Auslauftemperatur der größten abführbaren Menge des Wärmeträgermediums (größte Zapfmenge) und die größte Anstiegsgeschwindigkeit der Auslauftemperatur der kleinsten abführbaren Menge des Wärmeträgermediums (kleinste Zapfmenge) zu und berechnet anhand der gemessenen Anstiegsgeschwindigkeiten die abgeführte Menge des Wärmeträgermediums linear im Verhältnis dazu. Dies kann im einfachsten Fall durch die Festlegung der zwei Punkte (maximale Zapfmenge, kleinste Anstiegsgeschwindigkeit und minimale Zapfmenge, größte Anstiegsgeschwindigkeit) im x-y-Koordinatensystem erfolgen, die durch eine Gerade verbunden werden, so daß alle anderen Zapfmengen bei einer gemessenen Anstiegsgeschwindigkeit zwischen der kleinsten und größten Anstiegsgeschwindigkeit direkt abgelesen werden können.The control thus arranges at a set target temperature and at the predeterminable one Burner output the lowest rate of rise of the outlet temperature the largest amount of heat transfer medium that can be removed (largest draw-off amount) and the greatest rate of increase of the outlet temperature of the smallest dissipatable Amount of heat transfer medium (smallest tap quantity) and calculated based on the measured rate of increase the amount of heat transfer medium removed linear in relation to it. In the simplest case, this can be done by specifying of the two points (maximum tapping quantity, lowest rate of rise and minimum Tapping amount, highest rate of rise) in the x-y coordinate system, which are connected by a straight line, so that all other taps at one measured slew rate between the smallest and largest slew rate can be read directly.
Mit Vorteil wählt der Regler zur Berechnung der Menge an abgeführtem Wärmeträgermedium,
d.h. zur Messung der Anstiegsgeschwindigkeit, als vorbestimmbare Brennerleistung
etwa 60 % bis 100 %, vorzugsweise etwa 80 % der benötigten Brennerleistung
bei maximaler abführbarer Menge des Wärmeträgermediums bei einer eingestellten
Soll-Temperatur aus. Für eine Soll-Temperatur von beispielsweise 50°C stellt
der Regler als vorbestimmbare Brennerleistung beispielsweise 80 % der benötigten
Brennerleistung bei maximaler Zapfmenge ein, in diesem Fall 80 % von 77,8 % von
derjenigen Brennerleistung, die bei einer maximalen Soll-Temperatur von beispielsweise
60°C und bei maximaler Zapfmenge notwendig wäre (Maximalbetrieb des Brenners).The controller advantageously chooses to calculate the amount of heat transfer medium removed,
i.e. for measuring the slew rate, as a predeterminable burner output
about 60% to 100%, preferably about 80% of the burner output required
at the maximum removable amount of the heat transfer medium at a set
Target temperature off. For a target temperature of 50 ° C, for example
the controller as predeterminable burner output, for example 80% of the required
Burner output at maximum draw-off quantity, in this
Grundsätzlich empfiehlt es sich, die maximale Brennerleistung bei maximaler Zapfmenge
und bei größter Soll-Temperatur festzulegen und die entsprechenden Brennerleistungen
zur Messung der Anstiegsgeschwindigkeit der Auslauftemperatur in Abhängigkeit
von darunter liegenden Soll-Temperaturen in einer Tabelle festzulegen. Diese
könnte z.B. wie folgt aussehen:
maximal
mittel
minimal
maximum
medium
minimal
Die entsprechenden Tabellenwerte geben ein Beispiel für benötigte Brennerleistungen (bzw. 80 % davon) zur Messung der Anstiegsgeschwindigkeit wieder.The corresponding table values give an example of the burner output required (or 80% of it) to measure the slew rate again.
Mit Vorteil beginnt der Regler mit der Messung der Anstiegsgeschwindigkeit bei einer minimalen Auslauftemperatur und beendet die Messung bei Erreichen der Soll-Temperatur. Dies hat den Vorteil, daß bei modulierenden Brennern ohnehin der Brenner bei Unterschreiten einer minimalen Auslauftemperatur gestartet wird und im Anschluß an diesen Brennerstart unmittelbar mit der Messung der Anstiegsgeschwindigkeit begonnen werden kann, um sofort ein Maß für die Menge des abgeführten Wärmeträgermediums zu erhalten.The controller advantageously starts measuring the slew rate at a minimum outlet temperature and ends the measurement when the target temperature is reached. This has the advantage that in the case of modulating burners the burner anyway if the outlet temperature falls below a minimum and then at this burner start immediately with the measurement of the slew rate can be started to immediately measure the amount of heat transfer medium removed to obtain.
Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung startet der Regler die Messung der Anstiegsgeschwindigkeit bei einer vorbestimmbaren Temperaturdifferenz unterhalb der Soll-Temperatur und beendet diese wiederum bei Erreichen der Soll-Temperatur. Dies ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn der Wärmetauscher aus dem kalten Zustand angeheizt wird, da dann eine minimale Auslauftemperatur noch gar nicht existiert und der Wärmetauscher erst von unten hochgeheizt werden muß.According to another preferred embodiment of the present invention starts the controller measures the rate of rise at a predeterminable temperature difference below the target temperature and ends again when it is reached the target temperature. This is useful, for example, if the heat exchanger is heated from the cold state, since then a minimum outlet temperature does not yet exist and the heat exchanger can only be heated up from below got to.
Falls mit der vorbestimmbaren Brennerleistung die Soll-Temperatur nicht erreicht wird, liegt die Menge des abgeführten Wärmeträgermediums vermutlich zu hoch (d.h. "über" der zur Messung verwendeten Leistung des Brenners), so daß der Regler bei der vorbestimmbaren Brennerleistung und bei Nichterreichen der Soll-Temperatur nach Ablauf einer vorbestimmbaren Zeitdauer die Brennerleistung ohne Berücksichtigung der Menge des Wärmeträgermediums modulierend verändert. Dies stellt eine Sicherheitsfunktion der Reglereigenschaften dar.If the target temperature is not reached with the predeterminable burner output, the amount of heat transfer medium removed is probably too high (i.e. "above" the power of the burner used for measurement), so that the controller at the predetermined Burner output and if the target temperature is not reached after expiration the burner output without taking into account a predeterminable period of time Amount of the heat transfer medium modulated changed. This represents a safety function of the controller properties.
Mit Vorteil mißt der Regler bei jeder Veränderung der Soll-Temperatur die Anstiegsgeschwindigkeit der Auslauftemperatur bei einer dieser Soll-Temperatur zugeordneten und vorbestimmbaren Brennerleistung neu. Die zugeordnete und vorbestimmbare Brennerleistung zur Messung der Anstiegsgeschwindigkeit kann auch als Identifikations-Brennerleistung bezeichnet werden.The controller advantageously measures the rate of rise each time the set temperature changes the outlet temperature at a target temperature assigned to this and predeterminable burner output. The assigned and predeterminable Burner performance to measure the slew rate can also be used as an identification burner performance be designated.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung von Thermen, insbesondere zur Regelung eines Brauchwasser-Durchlauferhitzers, erfolgt nach den vorerwähnten Prinzipien. Das Wärmeträgermedium wird am Einlauf des Wärmetauschers dem Wärmetauscher zugeführt und über den Auslauf abgeführt. Die am Auslauf detektierbare Auslauftemperatur wird zusammen mit einer vom Betreiber der Therme festlegbaren Soll-Temperatur dem Regler zugeführt, der eine entsprechende Regeldifferenz aus diesen zwei Temperaturen bildet. Gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dem Regler zusätzlich die Auslauftemperatur zugeleitet. Anhand der Anstiegsgeschwindigkeit der Auslauftemperatur kann so bei einer vorbestimmbaren Brennerleistung (Identifikations-Brennerleistung) die abgeführte Menge des Wärmeträgermediums berechnet und die Erwärmung des Wärmeträgermediums anhand dieser Menge geregelt werden.The method according to the invention for regulating thermal baths, in particular for regulating a process water heater, is based on the aforementioned principles. The heat transfer medium becomes the heat exchanger at the inlet of the heat exchanger fed and discharged via the outlet. The outlet temperature detectable at the outlet together with a target temperature that can be determined by the operator of the thermal bath fed to the controller, the corresponding control difference from these forms two temperatures. According to the inventive method, the controller additionally the outlet temperature is supplied. Based on the rate of increase the outlet temperature can thus be determined at a predeterminable burner output (identification burner output) the amount of heat transfer medium removed is calculated and the heating of the heat transfer medium can be regulated based on this amount.
Mit Vorteil wird die Brennerleistung dann bei größeren Mengen von abgeführtem Wärmeträgermedium stärker und bei kleineren Mengen von dem abgeführten Wärmeträgermedium schwächer verändert. The burner output is then advantageously used for larger quantities of dissipated heat transfer medium stronger and with smaller amounts of the removed heat transfer medium changed less.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Brennerleistung in Abhängigkeit von der eingestellten Soll-Temperatur auf einen vorgebbaren Maximalwert begrenzt, der einem Bruchteil der Brennerleistung bei maximaler Soll-Temperatur entspricht. Diese begrenzte Brennerleistung wird im Anschluß an die Berechnung der Menge des abgeführten Wärmeträgermediums als Obergrenze für die modulierende Regelung verwendet, um beispielsweise bei Verwendung eines Pl-Reglers ein Überschwingen der Auslauftemperatur zu verhindern und um die Modulation des Brenners näher an die aktuell benötigte Leistung anzugleichen. Die Begrenzung des Stellbereichs kann sowohl im Komfort- als auch im Auslaufbetrieb aktiv sein und wird ggfs. um eine bestimmte Brennerleistung (beispielsweise 5 %) nach oben gesetzt, um Toleranzen auszugleichen.According to a preferred embodiment of the present invention, the burner output depending on the set target temperature to a specifiable Maximum value limited, which is a fraction of the burner output at maximum target temperature equivalent. This limited burner output is calculated after the calculation the amount of heat transfer medium removed as an upper limit for the modulating control used, for example, when using a PI controller prevent overshoot of the outlet temperature and around the modulation to adjust the burner closer to the power currently required. The limitation the setting range can be active in both comfort and phase-out mode and may be increased by a certain burner output (e.g. 5%), to compensate for tolerances.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zur Regelung der Erwärmung des Wärmeträgermediums nicht die vom Nutzer der Therme vorgebbare Soll-Temperatur direkt, sondern die Summe dieser Soll-Temperatur und einer Soll-Korrekturtemperatur verwendet.According to a further preferred embodiment of the present invention Regulation of the heating of the heat transfer medium not that of the user of the thermal bath Predeterminable target temperature directly, but the sum of this target temperature and a target correction temperature is used.
Mit Vorteil erhält man die exakten Soll-Temperaturen im Rahmen eines Kalibrierprozesses an zwei verschiedenen Messpunkten der Auslauf- bzw. Komforttemperatur und berechnet die Soll-Korrekturtemperatur an diesen mindestens zwei verschiedenen Werten der Soll-Temperatur, während alle anderen Werte der Soll-Temperatur anhand einer zwischen diesen zwei verschiedenen Werten der Soll-Temperatur liegenden Geraden linear interpoliert werden.The exact target temperatures are advantageously obtained as part of a calibration process at two different measuring points of the outlet or comfort temperature and calculates the target correction temperature on these at least two different ones Values of the target temperature, while all other values based on the target temperature a straight line between these two different values of the target temperature be linearly interpolated.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Einlauftemperatur des Wärmeträgermediums am Einlauf des Wärmetauschers geschätzt werden, ohne daß hierfür ein Einlauftemperaturfühler notwendig ist. Wird beispielsweise das Wärmeträgermedium mittels eines Sekundärtauschers erwärmt, so kann als Einlauftemperatur die gemessene Puffermediumtemperatur im Puffermediumspeicher (Brauchwasserspeicher oder Kessel) zuzüglich einer Korrekturtemperatur verwendet werden, wenn der Fühler auf der Kaltwasserseite des Wärmetauschers angebracht ist und die Zeit der Abführung eine vorbestimmbare Maximalzeit überschreitet. According to a further advantageous embodiment of the present invention the inlet temperature of the heat transfer medium at the inlet of the heat exchanger is estimated without an inlet temperature sensor. For example the heat transfer medium is heated by means of a secondary exchanger, so can measure the measured buffer medium temperature in the buffer medium storage as the inlet temperature (Domestic hot water tank or boiler) plus a correction temperature be used when the sensor is attached to the cold water side of the heat exchanger and the time of the discharge exceeds a predeterminable maximum time.
In diesem Fall wird dem Puffermediumspeicher (Brauchwasserspeicher) ausreichend viel Wärmeträgermedium entzogen, so daß die Temperatur im Puffermediumspeicher in etwa der Einlauftemperatur entspricht. Hierfür kann als Kriterium eine vorbestimmbare Zeit der Abführung von Wärmeträgermedium verwendet werden. Mit Vorteil wird als Einlauftemperatur diese gemessene Puffermediumtemperatur zuzüglich einer Korrekturtemperatur jedoch nur dann verwendet, wenn diese innerhalb eines vorbestimmbaren (zulässigen) Temperaturbereichs um einen bevorzugten Mittelwert herum liegt. Mit Vorteil ist dieser in etwa 15°C mit einer Schwankungsbreite von etwa +/- 5 K.In this case, the buffer medium storage (hot water storage) is sufficient much heat transfer medium withdrawn, so that the temperature in the buffer medium storage corresponds approximately to the inlet temperature. For this, a predeterminable criterion can be used Time of removal of the heat transfer medium can be used. Advantageously, as Inlet temperature this measured buffer medium temperature plus a correction temperature however only used if this is within a predeterminable (permissible) temperature range lies around a preferred mean value. With This is advantageous at around 15 ° C with a fluctuation range of around +/- 5 K.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei der Erwärmung des Wärmeträgermediums im Taktbetrieb, d.h. bei sehr geringen Mengen von abgeführtem Wärmeträgermedium, nach einem Starten des Brenners von einer Zündleistung möglichst unmittelbar auf eine vorbestimmbare und abspeicherbare Taktleistung umgeschaltet. Als Taktleistung wird mit Vorteil die letzte Leistung vor der Abschaltung des Brenners oder die minimale einstellbare Leistung des Brenners verwendet.According to a further preferred embodiment of the invention, the heating of the heat transfer medium in cyclic operation, i.e. with very small amounts of dissipated heat transfer medium, after starting the burner from an ignition power as directly as possible to a predeterminable and storable clock power switched. The last power before switching off is advantageously used as the cycle power of the burner or the minimum adjustable output of the burner is used.
Bei kleinen abgeführten Mengen von Wärmeträgermedium besteht das Problem, daß nach einer erneuten Einschaltung des Brenners der Modulationsregler die Brennerleistung von einer Zündleistung (Startleistung) herunterregeln muß, wenn die entnommene Menge an Wärmeträgermedium nur sehr gering ist. Wenn dies nicht schnell genug erfolgt, so tritt der Zustand ein, daß die Temperatur im Wärmetauscher schnell den Brennerausschaltpunkt erreicht und der Brenner wieder abgeschaltet wird. Dies führt zu einer großen Brennerschalthäufigkeit. Mit Hilfe dieser bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Brenner jedoch nicht im Modulationsbetrieb "gestartet", sondern zunächst auf die "gemerkte" Brennerleistung umgeschaltet, die gleichzeitig auch zur Messung der Anstiegsgeschwindigkeit und somit zur Erkennung der Zapfmenge verwendet werden kann.With small amounts of heat transfer medium removed there is the problem that after switching on the burner again the modulation controller the burner output from an ignition power (starting power) must reduce when the removed The amount of heat transfer medium is very small. If this is not fast enough takes place, the condition occurs that the temperature in the heat exchanger quickly Burner switch-off point reached and the burner is switched off again. this leads to to a high burner switching frequency. Using this preferred embodiment of the method according to the invention, however, the burner is not in modulation mode "started", but first switched to the "noted" burner output, which at the same time also measures the slew rate and thus for detection of the tapping amount can be used.
Während des abgeschalteten Zustands des Brenners im Taktbetrieb wird das Gebläse des Brenners nicht ausgeschaltet, sondern vorzugsweise mit einer Zünddrehzahl weiterhin betrieben. Dadurch ist es möglich, den Brenner schneller zu starten, was ein "Durchsacken" der Auslauftemperatur reduziert. The blower is switched on when the burner is switched off the burner is not switched off, but preferably continues at an ignition speed operated. This makes it possible to start the burner faster, what a "Sagging" of the outlet temperature reduced.
Eine vorteilhafte Verwendung der Vorrichtung bzw. des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung liegt in der Regelung eines Brauchwasser-Durchlauferhitzers. Dieser wird in den nachfolgenden Figuren näher erläutert.An advantageous use of the device or the method according to the present Invention lies in the control of a process water heater. This is explained in more detail in the following figures.
Ein erfindungsgemäßer Regler zur Durchführung eines Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung weist mindestens einen Eingang zum Einlesen oder einen Prozessor zur Berechnung der Differenz zwischen einer einstellbaren Soll-Temperatur und der Auslauftemperatur eines von einem Brenner erwärmbaren Wärmeträgermediums auf und mindestens einen Ausgang zur Regelung der Leistung des Brenners, wobei der Regler mindestens einen weiteren Eingang zum Einlesen der Auslauftemperatur aufweist, wobei der Regler dann die Anstiegsgeschwindigkeit der Auslauftemperatur bei einer vorbestimmbaren Brennerleistung mißt und anhand der Anstiegsgeschwindigkeit die abgeführte Menge des Wärmeträgermediums berechnet. Mit Hilfe der berechneten Menge des abgeführten Wärmeträgermediums kann der Regler dann die Regelung zur Erwärmung des Wärmeträgermediums optimieren.A controller according to the invention for performing a method according to the present The invention assigns at least one input for reading in or a processor Calculation of the difference between an adjustable target temperature and the outlet temperature a heat transfer medium that can be heated by a burner and at least one output for regulating the power of the burner, the controller has at least one further input for reading in the outlet temperature, the controller then the rate of rise of the outlet temperature at a Predeterminable burner power measures and based on the rate of increase discharged amount of the heat transfer medium is calculated. With the help of the calculated The controller can then regulate the amount of heat transfer medium removed Optimize heating of the heat transfer medium.
Mit Vorteil verändert der Regler die Brennerleistung im Anschluß an die Berechnung der Menge des abgeführten Wärmeträgermediums modulierend, wobei die Reglerparameter anhand der berechneten Menge des abgeführten Wärmeträgermediums veränderbar sind.The controller advantageously changes the burner output after the calculation modulating the amount of heat transfer medium removed, the controller parameters changeable based on the calculated amount of the heat transfer medium are.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen für die zwei Prinzipien der Auslauftemperatur-Regelung (Figur 1) und der Komforttemperatur-Regelung (Figur 2) näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1- die schematische Darstellung eines Durchlauferhitzers mit Primärwärmetauscher (Auslauftemperatur-Regelung);
Figur 2- die schematische Darstellung eines Durchlauferhitzers mit Sekundärwärmetauscher (Auslauf- und Komforttemperatur-Regelung);
Figur 3- das Schema der Regelung der Auslauftemperatur nach der vorliegenden Erfindung;
Figur 4- die graphische Darstellung der Zapfmengenerkennung nach der vorliegenden Erfindung;
Figur 5- die graphische Darstellung des Setzens der Startleistung im Taktbetrieb des Brenners; und
- Figuren 6a u. 6b
- die graphische Darstellung geeigneter Korrekturwerte für die Komforttemperatur-Regelung und die Auslauftemperatur-Regelung (beide Regelungen mittels der Auslauftemperatur am Wärmetauscher).
- Figure 1
- the schematic representation of a water heater with primary heat exchanger (outlet temperature control);
- Figure 2
- the schematic representation of a water heater with a secondary heat exchanger (outlet and comfort temperature control);
- Figure 3
- the scheme of regulating the outlet temperature according to the present invention;
- Figure 4
- the graphical representation of the tap detection according to the present invention;
- Figure 5
- the graphical representation of the setting of the starting power in the cyclic operation of the burner; and
- Figures 6a u. 6b
- the graphic representation of suitable correction values for the comfort temperature control and the outlet temperature control (both controls by means of the outlet temperature at the heat exchanger).
Figur 1 zeigt die schematische Darstellung eines Durchlauferhitzers mit Primärtauscher
7 (Primärwärmetauscher), der von einem Brenner 2 (lediglich schematisch dargestellt)
erhitzt wird. Das Kaltwasser KW wird über einen Kaltwassereinlauf 5 dem Primärtauscher
7 zugeführt und dort erhitzt. Das erhitzte Wasser wird an einer Zapfstelle 6 als
Warmwasser WW entnommen. Zur Messung der Auslauftemperatur ϑAus dient ein
Auslauftemperaturfühler B3 (Temperatursensor 9). Über einen Druckschalter (flowswitch)
FS wird die Zapfung von Warmwasser WW erkannt. Der Brenner 2 dient
gleichzeitig auch zur Erwärmung eines Heizmediums, wie beispielswasser Wasser, zur
Wärmeversorgung eines Hauses. Lediglich schematisch dargestellt ist ein Wärmetauscher
8 mit Vorlauftemperaturfühler B2, Rücklauftemperaturfühler B7, Vorlaufpumpe
oder Heizkreispumpe Q1, Verbraucher 3 (Heizkörper) und Wasserleitung 4.Figure 1 shows the schematic representation of a continuous flow heater with primary exchanger
7 (primary heat exchanger) by a burner 2 (only shown schematically)
is heated. The cold water KW is the primary exchanger via a
Figur 2 zeigt die schematische Darstellung eines Durchlauferhitzers mit Sekundärwärmetauscher,
wo das Kaltwasser KW nicht direkt vom Brenner 2, sondern über einen
Sekundärtauscher 10 (Sekundärwärmetauscher) erwärmt wird. Der Sekundärtauscher
10 wird von dem Heizmedium über ein Drei-Wege-Ventil UV mit Wärme versorgt, die
das Kaltwasser erwärmt. Auch hier dient ein Auslauftemperaturfühler B3 zur Messung
der Auslauftemperatur ϑAus. Ein Einlauftemperaturfühler B5 und ein Puffermediumtemperaturfühler
B4 ist ebenfalls schematisch angedeutet. Ein Druckschalter FS ist
hier ausgangsseitig an der Zapfstelle 6 zur Messung einer Zapfung von Warmwasser
WW angeordnet. Die Heizkreispumpe Q1 liegt in diesem Fall auf der Rücklaufseite des
Kessels 8 vor dem Rücklauftemperaturfühler B7 und sorgt gleichzeitig zur Umwälzung
des Heizmediums im Sekundärtauscher 10. Anstelle des Drei-Wege-Ventiles UV kann
auch eine eigene Brauchwasserkreispumpe eingesetzt werden. FIG. 2 shows the schematic representation of a continuous flow heater with a secondary heat exchanger,
where the cold water KW is not directly from
Bei beiden Durchlauferhitzern nach Figur 1 und Figur 2 soll nun ein schnelles Nachregeln
der Auslauftemperatur ϑAus bei Volumenstromschwankungen ermöglicht werden,
indem man den Volumenstrom indirekt erfaßt und als Störgröße dem Regler 1 aufschaltet.
Als Störgrößenaufschaltung dient die Anpassung der Reglerparameter an die
veränderliche Streckendynamik.In both instantaneous water heaters according to FIG. 1 and FIG. 2, a rapid readjustment of the outlet temperature ϑ off in the case of fluctuations in the volume flow is to be made possible by indirectly detecting the volume flow and activating the
Figur 3 zeigt - stark vereinfacht - die Regelstruktur. Der Regler 1 regelt den Brenner 2
mittels einer Stellgröße, d.h. mit Vorteil einem Signal für die Leistung des Brenners.
Der Brenner 2 steht in dem Regelschema nach Figur 3 stellvertretend für die zu regelnde
Strecke, die natürlich neben dem Brenner 2 auch den Wärmetauscher, das zu
erwärmende Kaltwasser und sämtliche anderen Störgrößen und Streckenteile beinhaltet.
Die Auslauftemperatur ϑAus wird - wie aus dem Stand der Technik bekannt -
rückgeführt und mit der Soll-Temperatur ϑSoll mit negativem Vorzeichen addiert, so daß
eine Temperaturdifferenz Δϑ dem Regler 1 zugeführt werden kann. Gleichzeitig wird
dem Regler 1 auch die Auslauftemperatur ϑAus zugeführt.Figure 3 shows - greatly simplified - the control structure. The
Grundlage für die Erkennung der entnommenen Menge an Wärmeträgermedium ist nun die Tatsache, daß für jede Zapfmenge eine bestimmte Energie dem Wärmetauscher zugeführt werden muß, um die Auslauftemperatur ϑAus bei einer bestimmten Einlauftemperatur ϑEin konstant zu halten. Falls mehr Energie zugeführt wird, steigt die Auslauftemperatur ϑAus mit einer bestimmten Anstiegsgeschwindigkeit vA an. Wird daher mehr Energie dem Wärmetauscher zugeführt als anhand der Zapfmenge benötigt wird, so wird die Rücklauf- bzw. Auslauftemperatur ϑAus ansteigen. Die Anstiegsgeschwindigkeit vA wird von der nicht benötigten Energie (Überschußenergie) bestimmt. Je höher die Anstiegsgeschwindigkeit vA ist, desto geringer ist die entnommene Menge an Warmwasser WW, d.h. Anstiegsgeschwindigkeit vA und Zapfmenge sind indirekt umgekehrt voneinander abhängig.The basis for the detection of the amount of heat transfer medium removed is now the fact that a certain amount of energy must be supplied to the heat exchanger for each tapping amount in order to keep the outlet temperature ϑ off constant at a specific inlet temperature ϑon. If more energy is supplied, the outlet temperature ϑ off increases with a certain rate of increase v A. Therefore, if more energy is supplied to the heat exchanger than is required based on the tapping quantity, the return or outlet temperature ϑ Off will increase. The rate of increase v A is determined by the energy not required (excess energy). The higher the rate of rise v A , the lower the amount of hot water WW drawn, ie rate of rise v A and tap quantity are indirectly dependent on one another.
Eine Zuordnung zur Zapfmenge kann nun dahingehend gemacht werden, als die kleinste Anstiegsgeschwindigkeit vA, die gemessen wird (bei den unterschiedlichen Temperatur-Sollwerten ϑSoll), zu der größten Zapfmenge gehört. Dadurch ist es auch möglich, daß sich der entsprechende erfindungsgemäße Algorithmus an das jeweilige Durchlauferhitzer-System adaptieren kann. Damit der Anstiegsgradient, d.h. die Anstiegsgeschwindigkeit vA der Auslauftemperatur ϑAus immer bei der gleichen Brennerleistung ermittelt werden kann, muß bei Beginn der Zapfung immer die gleiche Identifikations-Brennerleistung aufgeschaltet werden. Diese kann beispielsweise 80 % der benötigten Brennerleistung bei der theoretischen maximalen Zapfmenge für die vorgegebene Solltemperatur ϑSoll sein.An assignment to the tap quantity can now be made in such a way that the lowest rate of rise v A , which is measured (with the different temperature setpoints ϑ target ), belongs to the largest tap quantity. This also makes it possible for the corresponding algorithm according to the invention to adapt to the respective instantaneous water heater system. So that the gradient of rise, ie the rate of rise v A of the outlet temperature ϑ Off can always be determined with the same burner output, the same identification burner output must always be switched on at the start of the tap. This can be, for example, 80% of the burner output required for the theoretical maximum draw-off quantity for the specified target temperature ϑ target .
Die Identifikations-Brennerleistung wird somit immer abhängig von der Leistung bei der maximalen Zapfmenge berechnet. Damit wird sichergestellt, daß man mit dieser Brennerleistung nach der Berechnung der Zapfmenge, d.h. nach der Identifikation immer in der Nähe der tatsächlich benötigten Leistung liegt. Bei sehr geringer Zapfmenge wird man dagegen zu hoch in der Leistung liegen.The identification burner output is therefore always dependent on the output of the maximum draw-off quantity calculated. This ensures that with this burner performance after calculating the tap quantity, i.e. after identification always in is close to the power actually required. With a very small tap quantity you, on the other hand, are too high in performance.
Die Identifikations-Brennerleistung (KidentBre z. B. = 80 %) für verschiedene Sollwert-Einstellungen
kann dabei wie folgt aussehen:
Identifikation
Unter Bezugnahme auf Figur 4 wird nun der Ablauf der Zapfmengenerkennung bei einem Brauchwasser-Durchlauferhitzer beschrieben. SdBwAusMax steht dabei für die obere Grenze der Schaltdifferenz zum Ausschalten des Brenners, SdBwAusMin steht für die untere Grenze der Schaltdifferenz für das Ausschalten des Brenners und SdEin steht für die untere Schaltdifferenz zum Einschalten des Brenners.Referring now to FIG. 4, the process of tapping quantity detection at one Process water heater described. SdBwAusMax stands for upper limit of the switching difference for switching off the burner, SdBwAusMin stands for the lower limit of the switching difference for switching off the burner and SdOn stands for the lower switching differential for switching on the burner.
Entsprechend dem eingestellten Temperatur-Sollwerts ϑSoll wird beim Erkennen einer
Warmwasserzapfung und bei Einschalten des Brenners 2 die Brennerleistung für Identifikation
nach obiger Tabelle aufgeschaltet. Nach Beginn einer Warmwasserzapfung
wird die Auslauftemperatur ϑAus (bzw. die Rücklauftemperatur bei z. B. Heizungen) zunächst
abfallen und danach wieder ansteigen (vgl. Figur 4). Der Anstieg der Auslauftemperatur
ϑAus (Abfall- oder Anstiegsgradient) wird detektiert und damit das Minimum
der Auslauftemperatur ϑMinimum bestimmt. Dieses Minimum der Auslauftemperatur ϑMinimum
wird gemerkt und ab diesem Zeitpunkt die Zeit erfaßt (Zeitpunkt t0).According to the set temperature setpoint ϑ set , the burner output is activated for identification according to the table above when a hot water tap is detected and when
Die Zeit wird nun so lange gemessen, bis die Auslauftemperatur ϑAus die Soll-Temperatur ϑSoll erreicht hat (Zeitpunkt t1). Anschließend wird die Differenztemperatur Δϑ zwischen der Soll-Temperatur ϑSoll und der Minimum-Temperatur ϑMinimum und die Differenz Δt zwischen den Zeitpunkten t1 und t0 gebildet. Das Verhältnis Δϑ zu Δt gibt den Anstiegsgradienten, d.h. die Anstiegsgeschwindigkeit vA der Auslauftemperatur ϑAus bei konstanter Brennerleistung an und ist damit ein indirektes Maß für die entsprechende Zapfmenge.The time is then measured until the discharge temperature θ from the set temperature θ has reached target (time t 1). The difference temperature Δ Differenz between the set temperature Soll setpoint and the minimum temperature ϑ minimum and the difference Δt between the times t 1 and t 0 are then formed. The ratio Δϑ to Δt indicates the gradient of rise, ie the speed of rise v A of the outlet temperature ϑ Aus at constant burner output and is therefore an indirect measure of the corresponding draw-off quantity.
Der gemessene Anstiegsgradient wird mit den gespeicherten Minimal- und Maximalwerten verglichen. Ist der gemessene Wert kleiner als der gespeicherte Minimalwert (kleinste Anstiegsgeschwindigkeit vAmin), so wird dieser Wert dann als neuer Minimalwert gespeichert. Jede gemessene Anstiegsgeschwindigkeit vA, die größer als der gespeicherte Wert ist, deutet auf eine kleinere Zapfmenge hin. Weiterhin wird die größte Anstiegsgeschwindigkeit vAmax (kleinste Zapfmenge) gespeichert. Ergeben sich nun kleinere bzw. größere Anstiegsgeschwindigkeiten als die vorher abgespeicherten Werte, so werden diese dann als Minimal- bzw. Maximalwerte gespeichert.The measured gradient of rise is compared with the stored minimum and maximum values. If the measured value is less than the stored minimum value (lowest rate of rise v Amin ), this value is then saved as the new minimum value. Each measured slew rate v A , which is greater than the stored value, indicates a smaller tap quantity. Furthermore, the highest rate of rise vAmax (smallest tap quantity) is saved. If there are now smaller or larger rates of increase than the previously stored values, these are then stored as minimum or maximum values.
Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn nach der Erst-Inbetriebnahme mit maximaler Zapfmenge Warmwasser WW gezapft wird. Damit kann die kleinste Anstiegsgeschwindigkeit ermittelt werden. Für die größte Anstiegsgeschwindigkeit kann dann beispielsweise die doppelte kleinste Anstiegsgeschwindigkeit vAmin als neuer Startwert gesetzt werden. Im laufenden Betrieb werden diese Werte dann weiter adaptiert.It is particularly advantageous here if hot water WW is drawn off after the initial start-up with a maximum draw-off quantity. This allows the lowest rate of rise to be determined. For the greatest rate of rise, for example, twice the smallest rate of rise v amine can then be set as the new starting value. These values are then further adapted during operation.
Liegt der ermittelte Anstiegsgradient, d.h. die gemessene Anstiegsgeschwindigkeit vA
zwischen dem gespeicherten Minimalwert vAmin und Maximalwert vAmax, so wird dann
zwischen diesen Begrenzungswerten auf die dazwischen liegende Zapfmenge umgerechnet.
Aus dieser Zapfmenge kann dann auf die benötigte Brennerleistung umgeschaltet
und der Modulationsregler bezüglich der Leistungsverstellung freigegeben
werden (siehe Zeitpunkt t1 in Figur 4). In Abhängigkeit der ermittelten Zapfmenge können
dann die Reglerparameter des Reglers 1 entsprechend umgeschaltet werden.If the ascertained gradient of rise, ie the measured rate of rise vA, lies between the stored minimum value v Amin and maximum value v Amax , then between these limiting values the conversion quantity tapped in between is calculated. From this tapping quantity, it is then possible to switch over to the required burner output and the modulation controller with regard to the output adjustment can be enabled (see time t 1 in FIG. 4). The controller parameters of
Wird beispielsweise aus einem kalten Zustand gezapft, in dem der Sekundärtauscher
10 von unten hoch geheizt werden muß, gibt es kein Minimun, wie in Figur 4 dargestellt.
In diesem Fall muß bei einem festgelegten Δϑ unterhalb des Temperatur-Sollwertes
ϑSoll mit der Zeiterfassung begonnen werden. Als Δϑ wird dabei z. B. 5K
vorgegeben.If, for example, tapping is carried out from a cold state in which the
Reicht die Identifikations-Brennerleistung nicht aus, d.h. die Auslauftemperatur ϑAus
erreicht nie den Temperatur-Sollwert ϑSoll, so muß der Modulationsregler 1 vorzeitig
freigegeben werden. Für die Freigabe des Modulationsreglers gilt hierbei Folgendes:
Liegt die Auslauftemperatur ϑAus unterhalb des Temperatur-Sollwerts ϑSoll abzüglich
einer Einschaltdifferenz Δϑ und ist die Laufzeit ab diesem Zeitpunkt t0 größer als beispielsweise
1 Minute, so wird der Modulationsregler freigegeben.If the identification burner output is not sufficient, ie the outlet temperature ϑOff never reaches the temperature setpoint ϑ Soll , the
Figur 5 zeigt die schematische Darstellung des Setzens der Startleistung im Taktbetrieb
des Brenners 2, d.h. bei kleinen Zapfmengen. Während im oberen Teil der Figur 5
wie in Fig. 4 die Auslauftemperatur ϑAus gegenüber der Zeit aufgetragen wurde, ist im
unteren Teil der Figur 5 die Leistung des Brenners 2 gegenüber der Zeit entsprechend
der darüber liegenden Auslauftemperatur ϑAus dargestellt. Sobald ein Taktbetrieb erkannt
wurde, d.h. die Zapfung besonders kleiner Mengen von Warmwasser WW und
der Brenner 2 ausschaltet, wird die zuletzt verwandte Leistung des Brenners 2 in einem
Speicher des Reglers 1 abgespeichert.FIG. 5 shows the schematic representation of the setting of the starting power in the cyclical operation of the
Während der Brenner 2 ausgeschaltet bleibt, ist es möglich, das Gebläse des Brenners
weiterlaufen zu lassen, um beim Wiederanschalten des Brenners möglichst
schnell in den geeigneten Drehzahlbereich zu kommen. Sobald die Auslauftemperatur
ϑAus die untere Grenze der Schaltdifferenz SdEin kreuzt, schaltet der Brenner 2 wieder
ein, wobei hier die zuvor "gemerkte", d.h. im Regler 1 abgespeicherte Leistung verwandt
wird, die dann auch beispielsweise zur Messung der Anstiegsgeschwindigkeit vA
verwendet werden kann, falls dies zuvor noch nicht erfolgt ist. Nach der Identifikationsphase
(Leistung konstant) wird der Modulationsregler freigegeben. While the
Die Brennerleistung wird nach dem Wiedereinschalten des Brenners gemäß Figur 5 dann auf minimale Leistung gesetzt, wenn die zuletzt eingestellte Brennerleistung kleiner ist als die minimale Brennerleistung.The burner output is shown in FIG. 5 after the burner is switched on again then set to minimum output if the burner output set last is lower than the minimum burner output.
Figuren 6a und 6b zeigen Korrekturwerte für die Komforttemperatur-Regelung und die Auslauftemperatur-Regelung, die zur Korrektur des Temperatur-Sollwerts ϑSoll verwandt werden können, um eine Abweichung von den realistischen Temperaturwerten zu kompensieren.FIGS. 6a and 6b show correction values for the comfort temperature control and the outlet temperature control, which can be used to correct the temperature setpoint ϑ setpoint in order to compensate for a deviation from the realistic temperature values.
Durch die Art des Wärmetauscher, durch die Rohrleitunsverluste oder durch die Art der verwendeten Sensoren (z.B. Anlegesensor) stimmt die gemessene Auslauftemperatur ϑAus sowohl bei der Auslauftemperatur-Regelung als auch bei der Komforttemperatur-Regelung mit dem vorgegebenen Temperatur-Sollwert nicht exakt überein, d.h. es kommt zu einer Offset-Verschiebung, die zudem vom eingestellten Temperatur-Sollwert ϑSoll abhängt. Dieses Verhalten lässt sich durch die Offset-Verschiebung korrigieren.Due to the type of heat exchanger, the pipe losses or the type of sensors used (e.g. contact sensor), the measured outlet temperature ϑOff does not exactly match the specified temperature setpoint, both in outlet temperature control and in comfort temperature control, i.e. it there is an offset shift, which also depends on the set temperature setpoint ϑ setpoint . This behavior can be corrected by the offset shift.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise ein Brauchwasser-Durchlauferhitzer weitaus genauer und zuverlässiger geregelt werden, ohne daß es zu großen Schwankungen der Auslauftemperatur ϑAus kommt.By the inventive method and the inventive device can, for example, a domestic water heater far more accurate and controlled more reliably, without causing large fluctuations of the outlet temperature θ off.
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