NL8701234A - Systeem voor het regelen van de temperatuur van heet water in aan de wand hangende direkte, gemengde gasverhittingseenheden. - Google Patents

Description

* « g 873034/vdKl/cd

Korte aanduiding: Systeem voor het regelen van de temperatuur van heet water in aan de wand hangende direkte, gemengde gasverhittingseenheden.

De uitvinding heeft betrekking op een systeem voor het regelen van de temperatuur van het hete water in een aan de wand hangende direkte verhittingsinrichting met gas met tweevoudige warmtewisselaar. Dit systeem dient niet alleen om de 5 temperatuur altijd op een constant niveau te houden, dat van de tevoren vastgestelde waarde, ongeacht de door de verbruiker verbruikte hoeveelheid heet water, waardoor aldus een constante toevoer wordt verschaft zonder plotselinge temperatuursveranderingen, wat in het bijzonder belangrijk is voor bad IQ en douchewater, doch is eveneens in staat om de gasstroom naar de verhittingseenheid te beperken wanneer het door het hete water vereiste warmtevermogen groter is dan de maximale uitstroom van de verwarmingseenheid, of kleiner is dan de minimaal noodzakelijke hoeveelheid om de vlamstabiliteit te 15 handhaven.

Zoals bekend is, bestaat een aan de wand hangende directe gemengd gasvverhittingseenheid uit een brander die achter- . eenvolgens wordt gevoed via een elektrisch geregelde aan/uit werkende klep en een gasmodulatieklep, die eveneens elektrisch 20 wordt geregeld, waarbij de brander warmte verschaft, via een plaatwarmtewisselaar, aan het water van het huishoudelijke verhittingssysteem dat via een pomp door de radiatorketen of, via een driewegklep, circuleert in de primaire keten van een tweede warmtewisselaar of heet waterwisselaar, waarin het hete 25 water in de secundaire keten circuleert.

Elke verhittingseenheid is voorzien van een controlesysteem dat dient om het hete water bij de afvoer uit de verhittingseenheid op de gewenste tevoren vastgestelde waarde te. houden, om de gebruiker aldus te voorzien van een toevoer 30 van heet water die vrij is van onaangename temperatuursveranderingen, die zijn veroorzaakt door uitwendige storingen die niet volledig worden opgeheven door de controlesystemen zoals, in het bijzonder, veranderingen in de stroom verbruikt water, veranderingen in de temperatuur van het water dat de 35 secundaire keten van de heet water warmtewisselaar binnenstroomt, enz.

In de huidige stand van de technologie bestaan reeds 3701234 -2- ί »»

* 'V

verschillende typen controlesystemen, die gaan van mechanische inrichtingen tot elektronische inrichtingen met aan/uit regeling, tot elektronische inrichtingen met evenredige regeling op ofwel de primaire of de secundaire keten van de heet 5 water warmtewisselaar, doch geen van deze bestaande inrichtingen is volledig in staat om de temperatuur van het hete water bij de afvoer altijd constant te houden.

De inrichtingen van het eerste type zijn namelijk, hoewel zij in ontwerp tamelijk ingewikkeld zijn, ongeschikt IQ om het tevoren gestelde doel te bereiken door de inherente beperkingen in een mechanisch systeem door hysterese en wrij-vingsverschijnselen. In deze systemen is de regeling bovendien slechts evenredig en bestaat derhalve de inherente noodzaak voor de aanwezigheid van een afwijking, zelfs in 15 normale bedieningsomstandigheden. Anderzijds zijn de inrichtingen van het tweede type, hoewel zij gebruik maken van een elektronische regelinrichting, ongeschikt om een goede uitvoering te verschaffen omdat de uiteindelijke aandrijfinrichting, die van het aan/uittype is, het niet mogelijk maakt 2Q om het warmtevermogen te proportioneren op de waarde die vereist is om de juiste afvoertemperatuur te handhaven.

De inrichtingen van het derde type trachten de temperatuur van de primaire vloeistof constant te houden, en dit zal uitsluitend gelijkwaardig zijn aan het constant houden van 25 de temperatuur bij de afvoer uit de secundaire keten van de heet water warmtewisselaar in het geval-van een ideale warmtewisselaar. In werkelijkheid zijn de warmtewisselaars die werkelijk kunnen worden gerealiseerd verre van ideaal, en bovendien leidt het regelsysteem van het zuiver proportionele 3Q type tot een verdere verslechtering van de prestatie, wat het zoeken naar verbetering door toepassing van inrichtingen van het vierde type heeft gestimuleerd.

De laatste inrichtingen regelen de temperatuur van het hete water doelmatig op het gewenste punt, dat wil zeggen bij 35 de afvoer uit de heet water wisselaar, en zijn derhalve mogelijk in staat om de vereiste prestatie te verschaffen. Hun beperking ligt in hun gebruik in de regellus van een regeling van het evenredige type die het niet mogelijk maakt om de fout bij onveranderde toestand op te heffen. Dit type regeling n ·=·? λ s f\ 'S' £ «3 / y I l $

* A

-3- wordt namelijk gekenmerkt door een vergelijking die een verband legt tussen het verschil tussen de referentietemperatuur en de temperatuur bij regeling, uitgedrukt als fout e, en het warmtevermogen W bij de afvoer uit de verhittingseenheid, 5 van het type: W = Ke, waarin K de winst in de controlelus is.

Wanneer de hoeveelheid heet water, die wordt onttrokken uit de secundaire keten van de warmtewisselaar, toeneemt, is het vanzelfsprekend noodzakelijk, voor het constant houden IQ van de temperatuur om het toegevoerde vermogen te verhogen.

Uit de voorgaande vergelijking blijkt dat deze toename van het vereiste vermogen een toename in de fout omvat, dat wil zeggen, een verandering in de temperatuur bij de afvoer die kleiner is naarmate de winst K groter is, doch die echter niet kan 15 worden verhoogd boven een bepaalde waarde zonder het optreden van trilling van het systeem.

Kenmerkende inrichtingen, die zijn ontworpen volgens dit concept, bezitten temperatuurschommelingen van het water bij de afvoer ten opzichte van de tevoren vastgestelde 20 waarde, met een aanpassingsvariatie in de stroomsnelheid van het water zelf tussen de minimale en maximale waarde van normaal gebruik of meer dan 10 graden, wat te sterk is om de vereiste mate van comfort te waarborgen.

De hier beschreven uitvinding beoogt dit probleem te 25 overwinnen en derhalve een systeem te verschaffen voor het regelen van de temperatuur van het hete water in een aan de wand hangende, direkte gasverhittingseenheid die, door de afwijking altijd nul te houden en door een snelle reaktie te . verschaffen op veranderingen, waarborgt dat de temperatuur van 3Q het hete water altijd constant blijft, ongeacht de hoeveelheid die daarvan wordt verbruikt.

Bovendien is het systeem ontworpen om de gastoevoer naar de verhittingseenheid af te snijden en/of te beperken wanneer het vereiste warmtevermogen buiten een bepaald normaal 35 werkingsgebied ligt, meer in het bijzonder wanneer het groter is dan de maximale uitvoer die door de verhittingseenheid kan worden verschaft, of kleiner dan de minimaal noodzakelijke om instabiliteit van de vlam te vermijden.

Dit wordt voornamelijk bereikt door in de temperatuurs- .·*! '* rl fl T ί o / V i .· 4 -4- controlelus van het hete water een inrichting van het proportionele/ integrationale/differentiële type (P.I.D.) op te nemen, die door het integrerende effekt daarvan, een bij de uitvoer daarvan te handhaven constante waarde mogelijk maakt, 5 en derhalve een constant warmtevermogen dat overeenkomt met dat welke noodzakelijk is in de bijzondere uitvoeringstoe-stand, zonder het optreden van afwijkingen. Met andere woorden, in het systeem dat werkt bij onveranderde toestand zal, ongeacht de hoeveelheid heet water, die wordt onttrokken, IQ en voorzover het vereiste warmtevermogen blijft binnen de bovengrens van het maximale vermogen dat kan worden toegevoerd door de verhittingseenheid en de ondergrens van het minimale vermogen dat kan worden toegevoerd zonder instabiliteit van de vlam te veroorzaken, de temperatuur van het' hete 15 water bij de afvoer strikt constant blijven op de gestelde waarde.,Deze eigenschap van de P.I.D. wordt daarna verder aangevuld door de aanwezigheid van de afgeleide werking in de regulator, die door de gasmodulatieklep tevoren te informeren over veranderingen in de uitvoer de reaktiesnelheid 2Q verbetert.

In het kort omvat het regelsysteem voor het hete water in een aan de wand hangende, direkte gemengde gasverhittings-eenheid een brander die brandt met gas via een elektrisch geregelde aan/uit werkende klep en daarna via een tweede 25 gasmodulatieklep, die eveneens elektrisch wordt geregeld, waarbij de brander warmte verschaft, via een plaatwarmtewisse-laar, aan het water van het huishoudelijke verwarmingssysteem dat circuleert via een pomp door de radiatorketen of, via een driewegklep, in de primaire keten van een warmtewisselaar 3Q waarvan in de secundaire keten, waarin het hete water circuleert, een stroomschakelaar is ingebracht die de hierboven genoemde direwegklep regelt, alsmede een heet water temperatuur ssensor, die volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat het elektrische signaal dat wordt gevormd door de 35 heet water temperatuurssensor wordt vergeleken met een vastgesteld elektrisch signaal dat werkt als thermostaat met een potentiometer, en een fout in het signaal of verschil wordt gevoerd naar de ingang van een versterker van het proportionele -integrationele - afgeleide type (P.I.D,1. De uitgang van 40 deze versterker is verbonden met één ingang van een minimaal 17 0 1 2 3 4 -5- vermogen keuzeschakelaar, waarbij naar de andere ingang daarvan het fout-signaal of verschil tussen de temperatuur van het water van het verhittingssysteem, waargenomen door een tweede sensor in de hierboven genoemde primaire keten bij 5 de uitgang van de plaatwarmtewisselaar, en de maximaal toelaatbare vastgestelde temperatuur wordt gezonden. De uitgang van deze minimaal vermogen keuzeschakelaar wordt, na vergelijking met een elektrisch signaal dat evenredig is met het minimale vermogen dat aan de verhittingseenheid kan worden IQ toegevoerd, achtereenvolgens ter regeling gevoerd naar de tweede gasmodulatieklep via een vermogensversterker, en de eerste aan/uit werkende klep.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van bijgaande tekening, die een voorkeursvorm van de praktische 25 uitvoering die uitsluitend als voorbeeld is gegeven en niet dient ter beperking van de uitvinding,nader toelicht.

In de tekening is in figuur 1 een schematisch aanzicht van een aan de wand hangendedirekte gasverhittingseenheid met tweevoudige warmtewisselaar, onder toepassing van het sy-2Q steem van de regeling van de temperatuur van het hete water volgens de onderhavige uitvinding, weergegeven. Het logische diagram van het controlesysteem dat is toegelicht in figuur 1, is weergegeven in figuur 2,

In de figuren stelt cijfer 1 de brander van de verhit-25 tingseenheid voor, die wordt gestookt met gas via de aan/uit werkende klep 2 en de modulatieklep 3 die op hun beurt elektrisch worden geregeld, via conductors 4 en 5, door de regel-lus 6. De door de brander 1 gevormde warmte wordt overgebracht in de plaatwarmtewisselaar 7 aan het water van het 3Q verwarmingssysteem, dat wordt gecirculeerd door pomp 8 in keten 9 van de radiatoren 10, wanneer de driewegklep 11 wordt geschakeld in de met stippellijn in figuur 1 weergegeven stand, of in de primaire keten 12 van warmtewisselaar 13 wanneer deze klep 11 wordt geschakeld in de stand die is weerge-35 geven met ononderbroken lijn in figuur 1. In de secundaire keten 14 van de hierboven genoemde warmtewisselaar 13 circuleert, in tegenstroom met het water van het verwarmingssysteem in de primaire keten 12, het hete water dat de verschillende kranen 15 voedt, In de secundaire keten 14 is, bij de 4q uitgang van de warmtewisselaar 13, een sensor 16 voor de temperatuur van het hete water aangebracht, waarvan het elektri- 8701234 V* -6- sche signaal, via conductor 17, wordt geleid in regelketen 6, alsmede een stroomschakelaar 18 die, via conductor 19, de driewegklep 11 regelt, en deze schakelt zoals is weergegeven in figuur 1 wanneer de opening van een kraan 15 een stroom 5 heet water verschaft, die wordt waargenomen door de stroommeter zelf.

Naar regelketen 6 wordt eveneens, via conductor 20, het elektrische signaal gezonden dat evenredig is met de temperatuur van het hete water, die wordt waargenomen doorreen IQ tweede temperatuurssensor 21, die is opgenomen in de primaire keten 12 van warmtewisselaar 13 bij de uitgang van de plaat-warmtewisselaar 7.

Meer in het bijzonder (zie figuur 2) wordt het elektrische signaal, dat evenredig is met de temperatuur van het hete 15 water, waargenomen door sensor 16, via conductor 17 gebracht naar vergelijkingsinrichting 22 waar het wordt vergeleken met een elektrisch vastgesteld signaal dat wordt gevormd via een potentiometer 23 en aldus dient als thermostaat.

Het verschil of foutensignaal bij de uitgang van ver-2Q gelijkingsinrichting 22 wordt daarna gevoerd naar de ingang van een versterker 24 van het proportionele - integrationele -afgeleide type, waarvan de uitgang waarvan de elektrische waarde evenredig met het vereiste warmtevermogen, wordt gestuurd naar ingang 25 van een minimaal vermogen keuzeschake-25 laar 26, die het vergelijkt met het signaal van het maximaal toelaatbare vermogen dat wordt gevormd in de keten die begint bij ingang 27 van keuzeschakelaar 26.

Deze keten neemt het elektrische signaal dat evenredig is met de temperatuur van het water van het verwarmingssysteem 3Q dat circuleert in de primaire keten 12 van warmtewisselaar 13, waargenomen door sensor 21, en vergelijkt het in vergelijkingsinrichting 28 met een vastgestelde elektrische waarde, die binnengekomen is via potentiometer 29, die op dezelfde schaal als die van de sensor de maximale temperatuur weergeeft die 35 niet moet worden overschreden in verband met de veiligheid (enigszins lager dan de kooktemperatuur van water). Het verschil of foutensignaal bij de uitgang van vergelijkingsinrichting 28 wordt daarna versterkt met een hoge K faktor door versterker 3Q, zodat het signaal bij ingang 27 van keuzein- '8701234 >» -7- richting 26 eveneens een vermogen weergeeft dat hoge waarden aanneemt voorzover de door sensor 21 waargenomen temperatuur lager is dan de maximaal gestelde temperatuur die binnenkomt via potentiometer 29, terwijl het afneemt tot nul wanneer 5 het waargenomen temperatuursniveau de maximaal toelaatbare waarde bereikt. In het eerste geval zal de minimaal vermogen . keuzeschakelaar 26 derhalve het signaal van versterker 24 ongewijzigd laten passeren, en in het tweede geval dat van versterker 30 dat nul is, waarbij in het laatste geval een IQ mogelijk verzoek voor meer vermogen dat is verricht door het systeem, wordt genegeerd en derhalve de beschermingsfunktie uitvoert, wat automatisch stopt zodra de temperatuur van het hete water, die is waargenomen door sensor 21, zich niet langer op de maximaal toelaatbare waarde bevindt.

15 Uitgang 31 van keuzeschakelaar 26 wordt daarna door vermogensversterker 32 en de hierboven genoemde conductor 5 gestuurd om de gasmodulatieklep 3 te regelen, die daarvoor aan de brander 1 een gasstroom levert, die evenredig is met het toegezonden elektrische signaal. Bovendien regelt het de 2Q aan/uit werkende klep 2 door vergelijking in vergelijkings-inrichting 33 met een elektrisch signaal dat evenredig is met het minimale vermogen dat door brander 1 moet worden geleverd om de vlamstabiliteit te handhaven; dit signaal wordt gevormd door potentiometer 34. Voor waarden van de uit-25 gang 31 die lager zijn dan dit signaal, sluit de hierboven genoemde aan/uit klep 22 de gastoevoer af.

- Conclusies - Λ -T .1 ·. "ff $ < \J s i, *}

Claims (1)

1. -8- - Conclusiej - Systeem voor het regelen van de temperatuur van heet water in een aan de wand hangende, direkte gemengd gas ver-hittingseenheid bestaande uit een brander die wordt gestookt met gas via een eerste elektrisch geregelde aan/uit werkende 5 klep en een tweede gasmodulatieklep, die eveneens elektrisch wordt geregeld, waarbij de brander warmte verschaft, via een plaat warmtewisselaar, aan het water van het verwarmingssy-steem dat via een pomp circuleert in de radiatorketen of, via een driewegklep, in de .primaire keten van een warmtewisselaar 10 waarbij in de secundaire keten daarvan, waarin het hete water circuleert, een stroomschakelaar is opgenomen die de driewegklep alsmede een temperatuurssensor van heet water regelt, met het kenmerk, dat het elektrische signaal dat wordt gevormd door deze temperatuurssensor van heet water wordt verge-15 leken met een elektrisch vastgesteld signaal dat binnenkomt via een potentiometer, en het fout- of verschilsignaal daarvan wordt gezonden naar de ingang van een versterker van het proportionele - integrationele - afgeleide type (P.I.D.), waarvan de uitgang is verbonden met éën ingang van een minimaal 20 vermogen keuzeschakelaar, waarbij naar de andere ingang daarvan het fouten of verschilsignaal wordt gevoerd tussen de temperatuur van het water van het verhittingssysteem dat is waargenomen door een tweede sensor in de primaire keten bij de uitgang van de plaatwisselaar, en de maximale toelaatbare, 25 vastgestelde temperatuur, waarbij de uitgang van deze minimale vermogen keuzeschakelaar wordt gevoerd ter regeling van de tweede gasmodulatieklep door een vermogensversterker, en de eerste aan/uit werkende klep na vergelijking met een elektrisch signaal dat evenredig is met het minimale warmtevermo-30 gen dat door de verhittingseenheid kan worden geleverd. 87. n, y r f I i ó %