NL9301647A

NL9301647A - Werkwijze voor het constant houden van het maximale en/of minimale vermogen van een waterverhitter.

Info

Publication number: NL9301647A
Application number: NL9301647A
Authority: NL
Original assignee: Vaillant Bv
Priority date: 1992-10-12
Filing date: 1993-09-23
Publication date: 1994-05-02
Also published as: BE1007532A6; GB2271443B; FR2696820A1; AT406512B; NL194650B; NL194650C; DE4334625A1; GB2271443A; ATA199892A; DE4334625B4; GB9320987D0

Description

Werkwijze voor het constant houden van het maximale en/of minimale vermogen van een waterverhitter.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het constant houden van het maximale en/of minimale vermogen van een waterverhitter, die voorzien is van een gasbrander, met een pneumatische gas-lucht samenstelling regeling, waarbij het door een temperatuurregelaar vooraf gegeven nominale vermogen wordt ingesteld door een lucht-volumestroom, die wordt opgewekt door een ventilatormotor met instelbaar toerental.

Bij gasapparaten met een pneumatische gas-lucht samenstelling regeling, waarbij de belasting van het apparaat respectievelijk het vermogen van het apparaat wordt ingesteld door een via een luchtvolumestroom, die wordt opgewekt door een ventilatormotor met instelbaar toerental, kunnen schommelingen van het nominale vermogen van het apparaat optreden. Oorzaak daarvoor zijn in de eerste plaats fabricagetoleranties, in het bijzonder ten aanzien van de gas- respectievelijk luchtklep van de gas-lucht samenstelling, de soort inrichting, waarbij bijvoorbeeld verschillende buislengten voor afgewerkt gas een rol spelen, alsmede verschillende uitvoeringsomstandigheden, zoals bijvoorbeeld verschillende aanvoertemperaturen. Verder kan bij gasapparaten met verbrandingswaarde warmtewisselaars het zogenaamde vertragingseffect optreden, waarbij door condensaat in de warmtewisselaar de luchtweerstand toeneemt, waardoor de verplaatste hoeveelheid lucht en daarmee ook de hoeveelheid gas en het vermogen van het apparaat kleiner worden. Als gevolg daarvan wordt minder dan de via de toerentalregelaar ingestelde minimale belas-ting/vermogen geleverd. Dit kan er toe leiden, dat de vlammen zo klein worden, dat geen ionisatiestroom voor het vaststellen van de vlam meer meetbaar is en een storing uitschakeling van het apparaat plaats vindt.

De uitvinding heeft ten doel schommelingen van het minimale en/of maximale vermogen, in het bijzonder tenge- volge van fabricagetoleranties, van verschillende soorten installaties of verschillende uitvoeringsomstandigheden, te voorkomen, dat wil zeggen een werkwijze te verschaffen voor het constant houden van het maximale en/of minimale vermogen van een gasapparaat.

Volgens de uitvinding wordt het doel bereikt, doordat de maximale, respectievelijk minimale nominale waarde nBax respectievelijk nDin van het toerental wordt in stand gehouden door een ingestelde regeldruk f(pmax- pact) respectievelijk f(pBin- pact) · Op deze manier worden alle uitwendige factoren, die de regeldruk beïnvloeden, gecompenseerd. De regeldruk dient als het ware als richtgroot-heid voor de maximale, respectievelijk minimale nominale waarde van het toerental.

Volgens een eerste uitvoeringsvorm van de werkwijze geschiedt een continu vastleggen van de maximale, respectievelijk minimale nominale waarde nnax respectievelijk nBin van het toerental door de ingestelde regeldruk .

In een tweede variant van de werkwijze wordt de maximale, respectievelijk minimale nominale waarde nDax respectievelijk nBin van het toerental, uitgaande van een nominale aanvangswaarde nBax0 respectievelijk nBin0, zo lang in tijd getrapt in afhankelijkheid van het regeldrukver-schil pBax - pact, respectievelijk pBin - pact, verhoogd of verminderd, tot de door de temperatuurregelaar aangegeven nominale waarde van het toerental nnoB kleiner is dan de maximale nominale waarde nBaxl van het toerental respectievelijk groter is dan de minimale nominale waarde nBinl van het toerental. De tweede variant verschaft in zoverre een verbetering ten opzichte van de eerste variant, dat geen ingewikkeld regelcircuit voor de regeling van temperatuur, druk en toerental nodig is, dat wil zeggen geen moeilijk regelbaar, tot schommelingen neigend systeem. Bovendien werkt een grote tijdconstante van het drukregel-circuit niet vertragend op de temperatuurregeling. Om deze redenen geniet de tweede variant de voorkeur. De onder— staande toelichtingen hebben alleen nog maar betrekking op gunstige verdere ontwikkelingen van deze tweede variant.

De in tijd getrapte opbouw van de maximale, respectievelijk minimale nominale waarde nBax respectievelijk nBin van het toerental, kan ofwel geschieden met vaste tijdsintervallen of met door gebeurtenissen opgewekte tijdintervallen, waarbij in het laatstgenoemde geval de tijdsintervallen worden beëindigd, als de regeldruk pnoB en/of het toerental nact bij benadering constant zijn. De druk-registratie van de maximale, respectievelijk minimale nominale waarde nnax respectievelijk nBi„ van het toerental wordt zo lang onderbroken, tot de ingestelde nominale waarde nnoB van het toerental stabiel is; aan de hand van de regeling van de maximale druk, respectievelijk minimale druk wordt dan een nieuw maximaal toerental nBax respectievelijk nieuw minimaal toerental nBin bepaald en op de temperatuur regel aar ingevoerd, die uit de regelafwijking, rekening houdend met nBax respectievelijk nBin de nieuwe nominale waarde van het toerental instelt. Daarna begint de wachttijd op stabiele waarden van het toerental opnieuw.

Volgens een gunstige verdere ontwikkeling wordt er voor gezorgd, dat bij over- respectievelijk onderschrijden van de regeldruk pact boven- respectievelijk beneden de maximale , respectievelijk minimale regeldruk pBax respectievelijk pBin de maximale, respectievelijk minimale nominale waarde nBax2 respectievelijk nBin2 van het toerental afhankelijk van het over- respectievelijk onderschrijden wordt verhoogd respectievelijk verkleind, waarbij geldt: n„ax2 = nact - f (pact - p„ax) respectievelijk ^min2 ' ^act — f ( Pact P*in) ·

Dat betekent ten aanzien van een bewaking van de maximale druk, dat bij overschrijden van pBax in het even-redigheidsgebied van de temperatuurregelaar een aanpassing van de overdrachtskarakteristiek van de temperatuurregelaar plaats vindt, en daardoor een daling van het toerental en de druk beneden pBax.

Verder kan er voor zijn gezorgd, dat bijvoorbeeld bij een defect of stagnatie werking, waarbij gedurende een minimale tijdsduur de regeldruk paot groter respectievelijk kleiner is dan de maximale regeldruk pnax respectievelijk minimale regeldruk pmin, een uitschakeling van de brander plaats vindt. Een dergelijk defect kan bijvoorbeeld een kortsluiting in de ventilatorbesturing zijn, waarbij de ventilator steeds met zijn maximale toerental loopt, waardoor de regelaar van de maximale druk en de bewaking van de maximale druk niet meer op het toerental kunnen inwerken. Bij voorkeur begint na het uitschakelen een branderpauze. Deze branderpauze kan vast zijn ingesteld en bij verhitting van verwarmingswater overeenkomen met een blokkeringstijd van de brander (bijvoorbeeld 5 min), terwijl die bij verhitting van verbruikwater aanmerkelijk kleiner is (bijvoorbeeld 5 sec).

Gunstige verdere ontwikkelingen van de uitvinding blijken respectievelijk uit de volgconclusies of worden onderstaand aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld nader toegelicht.

Zo vertoont:

Fig. 1 een schematische weergave van een water-verhitter en de voor de uitvoering van de werkwijze benodigde bedieningseenheden,

Fig. 2 een eerste uitvoeringsvorm van de bedieningseenheden volgens Fig. 1 in gestructureerde analyse,

Fig. 3 een diagram van de overdrachtkarakteristiek n = f (Δ v) bij vastlegging door een regelaar van de maximale druk,

Fig. 4 als Fig. 3 bij vastlegging door een bewaking van de maximale druk en

Fig. 5 een tweede uitvoeringsvorm van de bedieningseenheden in gestructureerde analyse.

De in Fig. 1 weergegeven waterverhitter is voorzien van een brandkamer 1 met een gasbrander 2 en een warmtewisselaar 3. Gasbrander 2 wordt via een ventilator 4 gevoed met een gas-lucht mengsel. Daartoe wordt aan ventilator 4 via een gas-lucht combinatiev'at 5, dat verbonden is met een gasleiding 7, die van een continue regelklep 6 is voorzien, en twee luchtaanvoerleidingen 8a en 8b, zowel gas als ook lucht toegevoerd. De beide luchtaanvoerleidingen 8a en 8b zijn respectievelijk voor en achter een vernauwde plaats 9 van een van de buitenatmosfeer uitgaand luchtaanvoerkanaal 10 afgetakt. Tussen de luchtaanvoerleidingen 8a en 8b ontstaat een drukverschil, dat de regeldruk van het gas-lucht combinatievat 5 vormt. Voor de bepaling van deze regeldruk pact zijn de beide luchtaanvoerleidingen 8a en 8b bovendien verbonden met een continue druksonde 11. Het uitgangssignaal pact van de continue druksonde 11, het door een temperatuurregelaar 12 bepaalde nominale toerental n„OB voor ventilator 4, alsmede een vooraf gegeven maximale druk pBax (25a) worden aan een bewakingsinrichting 13 van de drukregeling toegevoerd. De bewakingsinrichting 13 van de drukregeling, waarvan de wijze van werken onder nader wordt toegelicht, dient voor de bepaling van een maximaal toerental nBax, dat op de uitgangsleiding 14 past, en een minimaal toerental nBin, dat op de uitgangsleiding 15 past. Beide uitgangsleidingen 14 en 15 voeden de temperatuurregelaar 12. De bewakingsinrichting 13 van de drukregeling bevat ook een begrenzer voor de maximale druk en een begrenzer voor de minimale druk, waardoor zo nodig ofwel een uitgangssignaal 16 wordt opgewekt, dat inwerkt op een gasklep-regeling 17, die de continue regelklep 6 sluit, of een uitgangssignaal 18 opwekt, dat naar temperatuurregelaar 12 loopt en de uitschakeling daarvan bewerkstelligt.

Het in een buisspiraal van warmtewikkelaar 3 verhitte water wordt in een circulatie met voorloop 19, terugloop 20 en circulatiepomp 21 via de verbruiker(s) gebracht. Aan voorloop 19 bevindt zich een temperatuursonde 22, die de actuele temperatuur Tact meet, die via een in-gangsleiding 23 samen met een nominale temperatuur TnoB via een leiding 24 aanvullende ingangsgrootheden van temperatuurregelaar 12 vormen. Temperatuurregelaar 12 vormt uit de ingangsgrootheden nBax, nBin, Tact en TnoB een uitgangssignaal, dat overeenkomt met het nominale toerental nnOB, dat via een leiding 25 wordt toegevoerd aan een toerentalregelaar 26. Toerentalregelaar 26 voedt de motorbesturing van ventilator 4, waaruit weer de actuele waarden van het toerental nact worden afgenomen en via een meetleiding 27 worden toege- voerd aan toerentalregelaar 26.

Fig. 2 laat de bedieningseenheden voor de bepaling van het nominale toerental nog eens in nadere weergave zien. Daartoe werd teruggegrepen op de in de ontwikkeling van software erkende symboliek van de gestructureerde analyse. Doorlopende lijnen karakteriseren hierbij inwendige stromen van gegevens en gebroken lijnen regelsignalen, dat wil zeggen signalen voor het activeren respectievelijk desactiveren van de bedieningseenheid van de werkwijze. Temperatuurregelaar 12 en toerentalregelaar 26 zijn reeds bekende bestanddelen. Temperatuurregelaar 12 geeft, afhankelijk van de regelafwijking Tnom - Tact via de regelka-rakteristiek 28 (Fig. 3) in het traject nmin tot nDax een nominale waarde n„OB van het toerental voor toerentalregelaar 26. De aanvullende bestanddelen werken bij een continue drukregeling op de nominale waarde nnom van het toerental. In de Figuren wordt echter de voorkeursvariant weergegeven, waarbij de aanvullende bestanddelen alleen maar op temperatuurregelaar 12 werken. Als bestanddelen van bewakingsinrichting 13 van de drukregeling zijn daartoe een regelaar 29 van de maximale druk en een bewaking 30 van de maximale druk opgesteld. Deze beide bedieningseenheden 29 en 30 voeden een verzamelplaats 31 voor nmax, die de maximaal door temperatuurregelaar 12 vooringestelde nominale waarde nnoD van het toerental geeft. Regelaar 29 van de maximale druk wordt geactiveerd als nn0m de maximale nominale waarde van het toerental bereikt heeft en deze nominale waarde gedurende een tijdsverloop tlx constant blijft. De maximale nominale waarde nBax van het toerental wordt door regelaar 29 van de maximale druk in vaste ti jdsverlopen tl2 verhoogd met riiaax2 nnaxl "t" f (Pmax — Pact) ·

Deze getraptheid naar de tijd wordt beëindigd als de nominale waarde nnoa van het toerental niet meer de maximale nominale waarde nnoa van het toerental bereikt, dat wil zeggen daar beneden blijft. Het resultaat is een druk-toevoer op temperatuurregelaar 12. Zoals te zien is uit Fig. 3, vindt buiten evenredigheidsgebied van temperatuur- regelaar 12 een drukregeling plaats op pBax en een compensatie van temperatuurregelaarkarakteristiek 28 in de richting van een gemodificeerde temperatuurregelaarkarak-teristiek 32.

Bewaking 30 van de maximale druk wordt geactiveerd als tijdens een tijdsverloop t13 de nominale waarde nno, van het toerental kleiner wordt dan de maximale nominale waarde nBax van het toerental (en derhalve regelaar 29 van de maximale druk niet geactiveerd wordt) en de regeldruk pact groter is dan de maximale druk pBax. In deze werkwijzestap wordt de maximale nominale waarde nBax van het toerental gelijk gesteld aan het actuele toerental nact verminderd met de wijziging van het toerental door drukoverschrijding pact “ Pfflax ·

Fig. 4 laat zien, dat daardoor de laatst geldige regelaarkarakteristiek 33 in richting naar een geoptimeerde regelaarkarakteristiek 34 wordt gemodificeerd. Deze modificatie vindt plaats in tegengestelde richting tot de door regelaar 29 van de maximale druk veroorzaakte en in Fig. 3 weergegeven modificatie van de karakteristiek. Bij overschrijden van de maximale druk pBax in het evenredigheids-gebied van temperatuurregelaar 12 vindt een aanpassing plaats van de overdrachtkarakteristiek van temperatuurregelaar 12 in de richting van een daling van het toerental en de druk beneden nBax respectievelijk pBax. Bewaking 30 van de maximale druk wordt op zijn vroegst na het tijdsverloop t14 weer geactiveerd.

Bewakingsinrichting 13 van de drukregeling bevat verder een begrenzer 35 van de maximale druk. Deze veroorzaakt een sluiten van continue regelklep 6 in het geval, dat de regeldruk pact langer dan de tijdsduur t15 groter blijft dan de maximale druk pBax.

Verder is een bedieningseenheid opgesteld voor begrenzing 36 van de maximale druk, die eveneens is opgenomen in bewakingsinrichting 13 van de drukregeling. Als de regeldruk pact langer dan de tijdsduur t16 kleiner blijft dan de minimale druk pBin, dan wordt via een op temperatuurregelaar 12 werkende regeluitschakeling de continue regel- klep 6 gesloten. Daarna volgt een branderpauze, die bij verwarmingsbedrijf kan overeenkomen met een tijdsduur t17 van de ingestelde blokkeertijd van de brander, bijvoorbeeld 5 min, terwijl bij verbruikwaterbedrijf een aanmerkelijk kortere tijdsduur t18 voor de branderpauze, bijvoorbeeld 5 sec, is ingesteld. Begrenzer 36 van de minimale druk bewerkt een branderuitschakeling als de minimale belasting/ het minimale vermogen van het gasapparaat niet wordt bereikt en daardoor ook een vlamherkenning via een ionisa-tiestroom nauwelijks nog mogelijk is.

Fig. 5 toont op dezelfde wijze van voorstellen als in Fig. 2 een nog gemakkelijker opbouw van de bedienings-eenheid voor het uitvoeren van de werkwijze. Aanvullend zijn hier een regelaar 37 voor de minimale druk en een bewaking 38 van de minimale druk opgesteld.

Op omgekeerd overeenkomstige manier ten aanzien van regelaar 29 van de maximale druk wordt hier na een tijdsduur t19, tijdens welke de nominale waarde nnom van het toerental de minimale waarde nmin van het toerental heeft bereikt, regelaar 37 van de minimale druk vrijgegeven. Deze bewerkt een met verloop van tijd getrapte daling van de minimale waarde nmin van het toerental met vaste tijdintervallen t20, met Ππ1η2 f (Pmin “ Pact) ·

Daarbij staat f voor de afhankelijkheid van het toerental n van druk p. De laatste trap van deze werkwijzestap is bereikt, als de nominale waarde nnoH van het toerental de minimale waarde nBin van het toerental blijvend overschrijdt. Met betrekking tot de overdrachtkarakteris-tiek bewerkt deze werkwijzestap, dat buiten het evenredig-heidsgebied van temperatuurregelaar 12 een drukregeling op pnln en een compensatie van de temperatuurregelaarkarak-teristiek plaats vindt.

In aansluiting op de werkzaamheid van regelaar 37 van de minimale druk wordt de bewaking 38 van de minimale druk vrijgegeven. Na een tijdsverloop t21, waarin de regeldruk pact daalt tot beneden de minimale druk pmln, wordt de minimale nominale waarde nmin van het toerental gelijk gesteld aan het actuele toerental nact/ vermeerderd met de toerentalverandering door onderlopen druk pBin - pact. Op omgekeerd overeenkomstige manier ten aanzien van bewaking 30 van de maximale druk geldt ook hier: nBln2 = nact + f(pnin - pact).

Bewaking 38 van de minimale druk wordt op zijn vroegst na een tijdsverloop t22 weer geactiveerd. Bewaking 38 van de minimale druk veroorzaakt, dat bij daling beneden de minimale regeldruk pBin in het evenredigheidsgebied van temperatuurregelaar 12 een aanpassing van de overdracht-karakteristiek van temperatuurregelaar 12, en daardoor een verhoging van toerental en druk boven respectievelijk nBln en Pnin plaats vindt.

De vaste tijdsintervallen tu, t12, t14, t19, t20 en t22 kunnen worden vervangen door wachttijden, die door gebeurtenissen in worden geregeld. De wachttijd wordt als beëindigd beschouwd als de druk en/of het toerental bij benadering constant zijn.

Door overeenkomstig de werkwijze rekening te houden met de drukverhoudingen van de gas-lucht combinatie 5 slaagt men in een aanzienlijke beperking van ontoelaatbare schommelingen van het nominale vermogen van het apparaat als gevolg van andere invloeden, zoals bijvoorbeeld fabricagetoleranties, de wijze van installeren, verschillende uitvoeringsomstandigheden of vertragings-invloeden bij verbrandingswaardeapparaten.

De uitvinding is niet beperkt tot het boven aangegeven uitvoeringsvoorbeeld. Men kan zich veeleer een aantal varianten denken, die bij andersoortige opbouw gebruik maken van de kenmerken van de uitvinding. Dat geldt in het bijzonder voor het tot stand brengen van de voor de werkwijze noodzakelijke bedieningselementen door middel van afzonderlijke of ingebouwde constructieelementen.

Claims

1. Werkwijze voor het constant houden van het maximale en/of minimale vermogen van een waterverhitter, die voorzien is van een gasbrander, met een pneumatische gaslucht samenstelling regeling, waarbij het door een tempera-tuurregelaar vooraf gegeven nominale vermogen wordt ingesteld door een luchtvolumestroom, die wordt opgewekt door een ventilatormotor met instelbaar toerental, met het kenmerk, dat de maximale, respectievelijk minimale nominale waarde nnax respectievelijk nnin van het toerental wordt in stand gehouden door een regeldruk f(pBax- Pact) respectievelijk f(pBin- pact) van het gas-lucht mengsel.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een continue voeding plaats vindt.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de maximale, respectievelijk minimale nominale waarde nBa5i respectievelijk nBin van het toerental, uitgaande van een nominale waarde aan het begin van nnaxo, respectievelijk nBin0/ zo lang met verloop van tijd getrapt wordt verhoogd, respectievelijk verminderd afhankelijk van het regeldruk-verschil pBax - pact, respectievelijk pBln - pact, tot de door temperatuurregelaar (12) voorgegeven nominale waarde nnoB van het toerental kleiner is dan de maximale nominale waarde nBaxl van het toerental, respectievelijk groter is dan de minimale nominale waarde nBlm van het toerental.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de getraptheid met verloop van tijd over vaste tussenpozen plaats vindt.

5. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de getraptheid met verloop van tijd plaats vindt met tijdsverlopen, die door gebeurtenissen in werking worden gesteld, waarbij de tijdsverlopen worden beëindigd als de regeldruk pact en/of het toerental naot bij benadering con- stant zijn.

6. Werkwijze volgens een van de conclusies 3 tot 5, met het kenmerk, dat bij over- respectievelijk onderschrij-den van regeldruk pact boven respectievelijk onder de maximale respectievelijk minimale regeldruk pBax respectievelijk pBln, de maximale respectievelijk minimale nominale waarde nBax2 respectievelijk nmin2 van het toerental afhankelijk van de over- respectievelijk onderschrijding kleiner respectievelijk groter wordt gemaakt, waarbij geldt: mnax2 riact — f (Paet — Pnax) respectievelijk ^min2 ^act - f(p act - Pmin)

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat een uitschakeling van de brander (2) plaats vindt, als gedurende een minimale tijdsduur t15, respectievelijk t16 de regeldruk pact groter respectievelijk kleiner is dan de maximale respectievelijk minimale regeldruk pBax respectievelijk pBin.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat na de uitschakeling een branderpauze t17 respectievelijk t18 begint.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de branderpauze vast is ingesteld en bij water- verhitting overeenkomt met een branderblokkadetijd (bijvoorbeeld t17 = 5 min), terwijl die bij verhitting van verbruikwater aanmerkelijk kleiner is (bijvoorbeeld t18 = 5 sec).