DE3513580C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Meßein­ richtung für die Belastung einer mit einem Wärmetauscher versehenen brennstoffbeheizten Wärmequelle und auf die Nutzung der Meßeinrichtung für eine Regelung für das Brennstoff-Luftverhältnis dieser Wärmequelle.

Es sind eine Vielzahl von Meßeinrichtungen für brenn­ stoffbeheizte Wärmequellen bekanntgeworden, am häufigsten werden Temperaturfühler verwendet, die Istwerte für das den Wärmetauscher der Wärmequelle verlassende oder in ihn eintretende Wasser erfassen. Weiterhin sind Meßeinrich­ tungen für die Abgaszusammensetzung des den Wärmetauscher verlassenden Abgases der Wärmequelle bekannt. Schließlich ist es bekannt, Regelabweichungen durch Vergleich dieser Istwerte mit Sollwerten zu bilden, wobei die Sollwerte Konstantwerte oder auch geführte Werte sein können, bei­ spielsweise kann der Sollwert eines Reglers von der Au­ ßentemperatur oder der vom Verbraucher angefragten Wärme gesteuert werden.

Es ist auch bekannt, die Belastung einer brennstoffbe­ heizten Wärmequelle zu ermitteln, indem die Rücklauf- und die Vorlauftemperatur durch je einen Temperaturfühler er­ faßt werden, wobei gleichzeitig der Durchsatz Berücksich­ tigung findet. Durch eine Differenzbildung zwischen Vor- und Rücklauftemperatur und einer Multiplikation mit dem Durchsatz kann man die gerade abgegebene Wärme in der Zeiteinheit erfassen, das heißt die Belastung.

Nun hat allerdings eine solche Belastungserfassung den Nachteil, daß eine Vielzahl von Größen nicht oder nicht ausreichend berücksichtigt werden. Zum Beispiel im Falle von Belastungsänderungen (wie Androsseln des Wasserdurch­ satzes durch den Wärmetauscher oder Temperatursprünge im Vor- oder Rücklauf) ergeben sich unkontrollierbare Zu­ stände bis zum Ausregeln der Störung.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, solche Störungen zu erfassen und schlägt hierzu ein besonderes Meßglied vor. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird das geschaf­ fene Meßglied bei einer Regelung für das Brennstoff-Luft­ verhältnis einer brennstoffbeheizten Wärmequelle zur Anwendung gebracht.

Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung in den kennzeichnenden Merkmalen der beiden nebengeordneten Ansprüche.

Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Wei­ terbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteran­ sprüche beziehungsweise gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die ein Ausführungsbeispiel der Er­ findung anhand der Fig. 1 und 2 der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Umlaufwasser­ heizers und

Fig. 2 einen Ausschnitt aus dem Wärmetauscher.

In beiden Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.

Die in Fig. 1 dargestellte Wärmequelle besteht aus einem gasbeheizten Umlaufwasserheizer 1. Statt dessen könnte es sich auch um einen Kessel handeln oder um einen Umlaufwasserheizer mit zusätzlicher Brauchwasserberei­ tung. Der Umlaufwasserheizer weist einen Wärmetauscher 2 auf, der aus einem von Wasserrohren durchzogenen Lamel­ lenblock besteht, der eine Vielzahl von senkrecht ange­ ordneten Lamellen 3 aufweist, die durch Zwischenräume 4 getrennt sind. Dem Wärmetauscher 2 wird kühles Rücklauf­ wasser über eine mit einem Temperaturfühler 5 und einer Umwälzpumpe versehene Rücklaufleitung 7 zugeführt, das in ihm erwärmte Wasser wird über eine mit einem Temperatur­ fühler 8 versehene Vorlaufleitung 9 abgeführt. Beide Lei­ tungen sind in nicht dargestellter Weise durch eine Vielzahl parallel und/oder in Serie geschalteter Radia­ toren oder einen Brauchwasser-Wärmetauscher miteinander verbunden. Die Temperaturfühler 5 und 8 sind über Lei­ tungen 10 und 11 mit einem Regler 12 verbunden, der einen Sollwertgeber 13 aufweist. Dieser Sollwertgeber kann auf konstante oder geführte Sollwerte verstellt werden. So ist es insbesondere möglich, einen von einer Außentempe­ ratur abgeleiteten Sollwert vorzugeben.

Der Wärmetauscher 2 ist im Innenraum 14 eines Heizschach­ tes 15 angeordnet, der an seiner Unterseite von einem Gas­ brenner 16 beheizt wird, dem das Gas über eine mit einem Proportionalgasventil 17 versehene Gaszuleitung 18 zuge­ führt ist. Statt eines atmosphärischen Gasbrenners könnte auch ein Gebläsegasbrenner vorgesehen sein, als Brenn­ stoff käme neben Gas auch Öl oder ein anderes fluides Medium in Frage. Das Proportionalventil 17 wird von einem Proportionalstellmotor 19 gesteuert, der über eine Stel­ leitung 20 mit dem Regler 12 verbunden ist. Eine weitere Stelleitung 21 ist für den elektrischen Antriebsmotor der Pumpe 6 vorgesehen.

Oberhalb des Wärmetauschers 2 verengt sich der Heiz­ schacht 15 durch ein Einschnürungsblech 22, so daß sich eine Auslaßöffnung 23 an der Oberseite des Heizschachtes ergibt, der ein Temperaturfühler 24 zugeordnet ist, der über eine Meßleitung 25 mit dem Regler 12 verbunden ist. Mit dem Temperaturfühler 24 kann die Abgastemperatur un­ mittelbar stromab des Wärmetauschers 2 ermittelt und auf den Regler 12 übertragen werden. An die Öffnung 23 schließt sich im weiteren Abgasweg eine Strömungssiche­ rung 26 an, die mit einem Abgasabfuhrrohr 27 verbunden ist.

Zur Messung von Belastungsänderungen im Wärmetauscher ist ein Temperaturfühler 28 vorgesehen, der über eine Meß­ leitung 29 mit dem Regler 12 verbunden ist.

Aus der Fig. 2 geht eine Teilansicht einer einzelnen Lamelle 3 hervor, die eine Ausnehmung 30 aufweist, durch die eins der den Wärmetauscher 2 bildenden Wasserrohre hindurchgeht. Zwischen Lamellenoberkante 31 und Lamellen­ unterkante 32 erstreckt sich somit oberhalb der ovalen Öffnung 30 ein Bereich 33 und unterhalb ein Bereich 34, wobei in diesem unteren Bereich 34 etwa auf der Mitte des Abstandes zwischen der Unterseite der Öffnung 30 und der Unterkante 32 der Lamelle 3 der Anbringungsort des Temperaturfühlers 28 vorgesehen ist.

Die Meß- und Regeleinrichtung besitzt folgende Funktion:

Durch die Messung des Wasserdurchsatzes und der Differenz zwischen der vom Temperaturfühler 8 gemessenen Vorlauftem­ peratur und der vom Temperaturfühler 5 gemessenen Rück­ lauftemperatur kann die an das Wasser über den Wärmetauscher 2 übertragene Wärmemenge in der Zeiteinheit festgestellt werden. Obgleich im gesamten Wasserkreislauf kein Durchsatzfühler vorhanden ist, kann die Drehzahl des Antriebsmotors für die Pumpe 6 eine hinreichende Größe für den Durchsatz liefern, wenn sichergestellt ist, daß in dem Heizkreis eine Widerstandsänderung nicht vorge­ nommen wird. Bei stets gleichbleibendem Widerstand ist dann die Pumpendrehzahl ein Maß für den Durchsatz. Zwi­ schen Pumpendrehzahl und Durchsatz liegt lineare Propor­ tionalität vor. Somit kann die Gerätebelastung aus den drei Meßwerten festgestellt werden. Gleichermaßen kann dieser Belastungswert korrigiert werden durch einen Zu­ stand des Wärmetauschers, der über den Temperaturfühler 28 abgefühlt werden kann. Etwaige dynamische Belastungs­ änderungen aufgrund des Zuschaltens weiterer Verbraucher, beispielsweise eines Brauchwasserspeichers oder Aufdre­ hens der Ventile bislang ausgeschalteter Heizkörper oder eine Änderung des Gasdrucks, der Gasfeuchte oder der Gas­ temperatur des speisenden Gases werden erfaßt und werden als Korrekturgröße für die momentane wahre Größe der Be­ lastung in geeigneter Weise herangezogen. Ebenso wird die von dem Temperaturfühler 24 gemessene Abgastempera­ tur herangezogen und berücksichtigt. Hiermit ist es mög­ lich, die wirkliche momentane Belastung unabhängig vom Druck, der Dichte, Temperatur und dem Heizwert des spei­ senden Gases oder allgemein gesprochen des speisenden Brennstoffs zu erfassen. Dies folgt daraus, daß jedem Belastungszustand eine Temperatur an einer Lamelle des Wärmetauschers in der Beharrung äquivalent ist. Weicht diese gemessene Temperatur von einer Solltemperatur ab, welche zu der gleichzeitig gemessenen Belastung zuge­ ordnet ist, so ist der Differenzbetrag ein Maß für die zur Erreichung des statischen Zustandes erforderlichen Speicherenergie, welche entweder beim Aufheizvorgang in den Wärmetauscher zusätzlich hineingegeben wird oder bei Korrektur der Belastung nach unten aus ihm wieder abgegeben wird.

Aus diesen Überlegungen kann unter Verwendung der be­ schriebenen Meßglieder auch eine Verhältnisregelung für das Brennstoff-Luftverhältnis der Wärmequelle aufgebaut werden, indem nämlich durch die Belastung beispielsweise ein bestimmter Brennstoffdurchsatz vorgegeben wird und der Luftdurchsatz, beispielsweise unter Verwendung eines Zugreglers oder eines Abgasgebläses, nachgeführt wird, wobei diese Nachführung des Luftwertes unter Erfassung dynamischer Belastungsänderungen am Wärmetauscher korri­ giert wird. Diese dynamischen Belastungsänderungen werden beispielsweise über dem dem Wärmetauscher zugeordneten Temperaturfühler 28 erfaßt.

Claims (5)

1. Meßeinrichtung für die Belastung einer mit einem Wärmetauscher versehenen brennstoffbeheizten Wärmequelle mit einem Durchsatzmesser für das im Wärmetauscher aufgeheizte Fluid und je einem vor- und rücklaufseitig des Wärmetauschers an­ geordneten Temperaturfühlers, gekennzeichnet durch ein weiteres Meßglied (28) zur Erfassung dynamischer Belastungsänderungen im Wärmetauscher (2).

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das weitere Meßglied als Tem­ peraturfühler (28) ausgebildet ist, der einer Wärmetauscherfläche (3) des Wärmetauschers (2) zugeordnet ist.

3. Regelung für das Brennstoff-Luftverhältnis einer brennstoffbeheizten Wärmequelle, mit einem Meß­ glied für die Abgaszusammensetzung, einem Regler mit Sollwertgeber sowie einem Stellglied, da­ durch gekennzeichnet, daß über die momentane Be­ lastung der Wärmequelle (1) ein Temperatursoll­ wert vorgegeben wird, der mit einem Temperatur­ istwert für den Wärmetauscher verglichen wird, woraus eine Korrekturgröße für die Luftzufuhr gewonnen wird.

4. Regelung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Zustandsgröße die Tempe­ ratur vorgesehen ist.

5. Regelung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwert durch einen an einer Lamelle (3) des Wärmetauschers (2) ange­ ordneten Temperaturfühler (28) ermittelt ist.