DE4312801A1 - Verfahren zur Steuerung eines Gas-Gebläsebrenners - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspru­ ches 1.

Bei nach einem solchen Verfahren arbeitenden Gebläsebrennern kommt es auf­ grund einer Kondensatbildung und Verschmutzung im nachgeschalteten Wärme­ tauscher zu einer Erhöhung der Strömungswiderstände, die zu einem Absinken der Wärmeleistung führt.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, mit dem es möglich ist, die Leistung des Brenners auch bei einer Änderung der Strömungswiderstände konstant zu halten.

Erfindungsgemäß wird dies bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 hervorgehobenen Merkmale er­ reicht.

Bei einer Erhöhung der Strömungswiderstände kommt es auch zu einer Verminde­ rung des über der Drosselstelle anfallenden Differenzdruckes und zu einer Vermin­ derung der Leistung des Brenners. Diese wird durch Erhöhung der Drehzahl des Gebläses wieder auf den gewünschten Wert angehoben.

Auf diese Weise wird die Leistung des Brenners konstant gehalten.

Durch die Merkmale der Ansprüche 3 und 4 können Störungen sicher erkannt und ein weiterer Betrieb des Brenners unterbunden werden.

Durch die Merkmale des Anspruches 2 wird eine Überlastung des Brenners ver­ mieden.

Besondere Vorteile ergeben sich durch die Merkmale des Anspruches 5.

So kommt es bei einer Veränderung der Strömungswiderstände, welche in der Re­ gel in einer Erhöhung der Strömungswiderstände bestehen, zu einer Verminderung des über der Drosselstelle anfallenden Differenzdruckes und zu einer Verminde­ rung der Leistung des Brenners. Sinkt dabei der Differenzdruck auf einen be­ stimmten Minimalwert ab, so wird die Drehzahl des Gebläses langsam erhöht und damit auch die Leistung des Brenners, bis ein bestimmter Maximalwert des Diffe­ renzdruckes erreicht ist. Auf diese Weise wird die durch ein Ansteigen der Strö­ mungswiderstände bedingte Abnahme der Brennerleistung ausgeglichen, so daß sich eine im wesentlichen konstante Brennerleistung auch bei sich erhöhenden Strömungswiderständen ergibt.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.

Dabei zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Heizgerät,

Fig. 2 ein Fließdiagramm des Verfahrensablaufes nach der Erfindung,

Fig. 3 und 4 Diagramme aus denen der durch die Erfindung erreichbare technische Fortschritt ersichtlich ist,

Fig. 5 ein Fließdiagramm einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 6 und 7 Diagramme zu der Verfahrensführung nach der Fig. 5.

Gleiche Bezugszeichen bedeuten in allen Figuren gleiche Einzelheiten.

Das Heizgerät 26 nach der Fig. 1 weist einen Brenner 11 auf, der sich in einer Un­ terdruckkammer 9 befindet, die wiederum von einem Gehäuse 10 umgeben ist. Dieser Brenner 11 wird von einem Gebläse 3 mit einem Gas-Luft-Gemisch beauf­ schlagt, arbeitet also als Gas-Gebläsebrenner. Das Gas wird im Bereich einer Luft­ drossel 1 in einen Ansaugstutzen 12 des Gebläses 3 über eine Gasleitung 18, in der ein Gasmagnetventil 29 angeordnet ist, zugeführt. Im Bereich des Ansaugstut­ zens 12 ist über einen Meßanschluß 13 der statische Druck p₂ abgenommen wird, der einem Drucksensor 2 mit analogem Ausgang zugeführt wird.

Dieser Drucksensor 2 ist mit einem weiteren Druckanschluß 14 versehen, der den im Inneren der Unterdruckkammer 9 herrschenden Druck p₁ über eine Öffnung 60 aufnimmt. Der Differenzdruck p_x, aus den Drücken p₂ und p₁ wird eine Gas-Luft- Verbundsteuerung 8 zugeführt, die für ein entsprechendes Gas-Luftverhältnis sorgt.

Das im Meßwertumformer 61 elektrisch umgeformte Ausgangssignal Up_x des Drucksensors 2 wird über eine Leitung 15 einer Gerätesteuerung 7 zugeführt, die über eine Leitung 16 mit einem Vorlauftemperaturfühler 17, der eine Meßgröße x liefert, verbunden ist und die über eine Signalleitung 71 einen Motor 27 des Geblä­ ses 3 in seiner Drehzahl steuert, wobei die IST-Drehzahl n_x des Gebläses 3 über einen Hall-Sensor 50 erfaßt wird und als Signal über eine Signalleitung 49 an die Steuerung 7 übertragen wird.

Der als Sturzbrenner ausgebildete Brenner 11 ist oben in einer Brennkammer 19 angeordnet, in der sich unterhalb des Brenners auch ein Wärmetauscher 4 befin­ det. Diese Brennkammer 19 ist unterhalb des Wärmetauschers mit einem trichter­ förmigen Sammler 20 versehen, an den ein Kondensatablauf 21, in dem ein Siphon 22 angeordnet ist und eine Abgasleitung 5 deren Ausgang sich oben befindet, an­ geschlossen sind.

Diese Abgasleitung 5 durchsetzt konzentrisch eine Zuluftleitung 6, über die Luft in das Innere der Unterdruckkammer 9 gelangen kann.

Der Wärmetauscher 4 ist hydraulisch in Serie zu der doppelwandigen gekühlten Brennkammer 19 geschaltet, welche an eine Vorlaufleitung 23 angeschlossen ist. Eine Rücklaufleitung 24, in der eine Umlaufpumpe 25 angeordnet ist, ist an den Wärmetauscher 4 angeschlossen.

Durch Verschmutzung des Wärmetauschers 4 oder durch Kondensatbildung im Wärmetauscher 4 erhöht sich der Strömungswiderstand im Abgasweg des Bren­ ners, wodurch der Durchsatz des Gas-Luft-Gemisches durch das Gebläse 3 sinkt und die Leistung des Brenners 11 abnimmt. Durch Erhöhung der Drehzahl des Motors 27 des Gebläses 3 kann der zur Einhaltung der vorgesehen Leistung erfor­ derliche Soll-Differenzdruck -p_w wieder erreicht werden.

Dieser Soll-Differenzdruck -p_w wird über einen einprogrammierten Algorithmus aus der erforderlichen Brennerleistung berechnet, die sich wiederum aus der Vor­ lauf-Soll-Temperatur W, die der Steuerung 7 über einen Soll-Wertgeber 53 vorge­ geben wird, und der Vorlauf-Ist-Temperatur X berechnet.

Beim Start des Heizgerätes 26 liegt über eine Leitung 37 eine Spannung an, die über die Zündelektrode 36 das einströmende Gas-Luft-Gemisch zum Zünden bringt. Zuvor wird von der Steuerung die Ist-Drehzahl n_x des Gebläses 3 so weit erhöht, daß die Druckdifferenz Px einen bestimmten Wert überschreitet. Ist dieser Wert erreicht, wird durch die Steuerung 7 das Gasventil 29 über die Steuerleitung 52 geöffnet, so daß über die Gas-Luft-Steuerung 8 das Gas in ein Gasrohr 51 und sodann in das Gebläse 3 strömen kann, wo es sich mit der mit angesaugten Ver­ brennungsluft vermischt. Wird das Heizgerät 26 abgeschaltet, oder gelingt die Zün­ dung nicht, wird über die Steuerung 7 das Gasventil 29 geschlossen und der Motor 27 des Gebläses 3 nach einer kurzen Nachlaufzeit abgeschaltet.

Der Drehzahl-Ist-Wert n_x wird ständig - vgl. Fig. 2 - mit einer aus der Differenz von Vorlauftemperatur-Soll-Wert W und Vorlauftemperatur-Ist-Wert X, der über die Lei­ tung 16 vom Vorlauftemperaturfühler 17 kommt, in einem Rechenglied 42 errech­ neten, von der Belastung abhängigen zulässigen Drehzahl n_max in einem Verglei­ cher 38 verglichen. Sobald die Drehzahl n_max überschritten wird, wird in einem Vergleichsglied 44 überprüft, ob ein Zählwert A gleich Null ist. Bei der Inbetrieb­ nahme des Gerätes ist der Wert A gleich Null. Wenn ja, werden sowohl ein Zeit­ meßglied 31, welches die Zeit t₁ in Sekunden ab dem Überschreiten von n_max mißt, als auch ein Zählglied 32, welches den Zählwert A von Null auf Eins setzt, ak­ tiviert. Das Heizgerät 26 wird danach so abgeschaltet, daß das Gas-Magnetventil 29 über die Steuerleitung 52 geschlossen wird und der Motor 27 des Gebläses 3 nach einer bestimmten Zeit über die Steuerleitung 18 abgeschaltet wird (Funktion Brenner AUS). Zugleich mißt ein weiteres Zeitglied 34 die Zeit t₂ in Sekunden seit dieser Abschaltung. Wird von einem Vergleichsglied 35 erkannt, daß die Abschalt­ zeit t_AUS, die über ein Soll-Wert-Potentiometer 33 vom Installateur am Heizgerät 26 eingestellt werden kann, überschritten wird, wird die Drehzahl n_x des Motors 27 über die Steuerleitung 18 so lange erhöht, bis über der Up_x-Wert einen in einem Speicher 54 befindlichen Wert P_Start überschritten hat. Dann wird über die Steuerleitung 52 das Gasmagnetventil 29 geöffnet und die Zündeinrichtung 36 über die Leitung 37 aktiviert (Funktion Brenner EIN).

Bei jedem Überschreiten der brennerbelastungsabhängigen Maximaldreh­ zahl n_max addiert das Zählwerk 32 den in einem Zählwertspeicher 39 befindlichen Zählwert A um 1 und legt diesen Wert wieder im Zahlenspeicher 39 ab. Wird nun in einem dritten Vergleichsglied 40 erkannt, daß dieser Zählwert A größer ist als der in einem weiteren Speicher 41 befindliche nicht veränderliche Zahlenwert B, wird ein weiteres Vergleichsglied 45 aktiv. Dieses Vergleichsglied 45 vergleicht die ak­ tuelle Zeit t₁ mit einem vom Installateur an einem Zeitwertgeber 46 veränderbaren Zeitwert t_max. Ist t_max größer als t₁, dann werden zunächst in einem Rücksetzer 47 der Zählwert für t₁ und der Zahlenwert für A gleich Null gesetzt und die zuvor beschriebene Funktion Brenner AUS durchlaufen.

Diese Funktion wird ebenso aktiviert, wenn der Zählwert A noch kleiner ist als der im Speicher 41 befindliche Zahlenwert B. Wird im Vergleicher 45 festgestellt, daß die Zeit t₁ in der B + 1 mal die Maximaldrehzahl n_max überschritten wird, kleiner oder gleich ist als der Zählwert t_max, dann wird vom Störungsglied 66 das Magnet­ ventil 29 über einen Störschalter die Steuerleitung 52 ausgeschaltet, die Versor­ gungsspannung für den Motor 27, über die Steuerleitung 18 unterbrochen und die Funktion Brenner ein nicht aktiviert, bis ein Entstörtaster 48 betätigt wird und über ein Entstörglied 67 im Rücksetzer 47 t₁ und A gleich Null gesetzt werden. Während der ganzen Zeit wird über ein Display 55 eine Code-Nummer angezeigt, welche die Ursache der Abschaltung erklärt.

In der Fig. 3 ist graphisch dargestellt, wie sich die Brennerbelastung, verglichen mit der erforderlichen Brennerbelastung, verhält, einmal mit der erfindungsgemäß re­ alisierten Leistungssteuerung und einmal ohne.

Die Fig. 4 zeigt Drehzahlverläufe einmal mit Leistungssteuerung und einmal ohne. Außerdem ist die von der erforderlichen Brennerbelastung abhängige maximal zu­ lässige Gebläsedrehzahl n_max dargestellt sowie der Fall, wenn zur Einhaltung der erforderlichen Brennerbelastung die lST-Drehzahl über diese angehobene werden müßte. Das Heizgerät schaltet in diesem Fall aus.

Die Fig. 5 zeigt den Ablauf eines abgewandelten erfindungsgemäßen Verfahrens und ist aus folgenden Komponenten aufgebaut. Der Drucksensor 2 gibt das elektri­ sche Signal Upx an den in der Gerätesteuerung 7 befindliche Analog/Digital- Wandler 64 weiter. Dieser ist mit dem Vergleicher 58 verbunden, von dem der Wert im Zahlenspeicher 62 abgefragt wird. Im weiteren greift das Additionsglied 59, das den Wert im Zahlenspeicher 65 abfragt, über die Signalleitung 71 in die Ansteue­ rung des Motors 27 ein. In der logischen Abfolge befinden sich der Vergleicher 60, der den Wert im Zahlenspeicher 63 abfragt und der Vergleicher 70, der den Wert im Zahlenspeicher 53 und die Drehzahl nx über die Signalleitung 49 vom Hall-Sen­ sor 50 abfragt, nacheinander geschaltet. Am Ende dieser logischen Verknüpfungen steht das Störungsglied 66 sowie das Display 55.

Die Funktion stellt sich wie folgt dar:

Der Drucksensor 2 erzeugt durch die anliegende Druckdifferenz aus p1 und p2 ein analoges elektrisches Signal Upx, welches im Analog/Digital-Wandler 64 in den Zahlenwert px umgewandelt wird. Im Vergleicher 58 wird dieser Wert px perma­ nent daraufhin mit dem im Zahlenspeicher 62 abgelegten und noch zu bestimmen­ den Zahlenwert pmin verglichen, ob die Bedingung kleiner/gleich erfüllt ist. Ist dies der Fall, so wird, solange der Soll-Drehzahlwert nw über die Signalleitung 71 um einen im Zahlenspeicher 65 abgelegten Wert n im Additionsglied 59 angehoben, bis der Wert px größer als der im Zahlenspeicher 63 abgelegte Wert pmax ist. Dies wird im Vergleicher 60 überprüft. Wird nun im Vergleicher 70 erkannt, daß die ak­ tuelle Ist-Drehzahl nx, die vom Hall-Sensor 50 am Gebläsemotor 27 über die Signalleitung 49 an die Gerätesteuerung 7 übertragen wird, kleiner als die im Zah­ lenspeicher 53 abgelegte Grenzdrehzahl n_Grenz ist, so wird erst dann wieder der Soll-Drehzahlwert nw geändert, bis entweder die bedarfsabhängige Steuerung dies verlangt, oder der Differenzdruckwert px im Vergleicher 58 wieder kleiner als pmin erkannt wird. Ist die aktuelle Ist-Drehzahl nx jedoch größer als der im Zahlenspei­ cher 53 abgelegte Zahlenwert n_Grenz, so wird das Gerät durch das Störungsglied verriegelnd abgeschaltet und auf der Display-Anzeige 55 erscheint ein Hinweis auf den vorliegenden Fehlerfall.

Fig. 6 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Differenzdruck px über die Be­ triebszeit t des Brenners 11. Dabei sinkt der Differenzdruck aufgrund der Ablage­ rungen bzw. Kondensatbildung im Wärmetauscher 4 oder einer allfälligen Erhö­ hung der abgasseitigen Strömungsverluste langsam ab, bis er vom Vergleicher 58 als kleiner oder gleich pmin erkannt wird. Sodann wird die Soll-Drehzahl solange im Additionsglied 59 um n erhöht, bis der Wert des Differenzdruckes px größer als der Zahlenwert pmax ist. Diese Prozedur kann solange wiederholt werden, bis die Ist-Drehzahl nx im Vergleicher 70 nicht kleiner als n_Grenz erkannt wird. In diesem Fall schaltet das Heizgerät 26 ab und geht in den Betriebszustand Störung.

Fig. 7 zeigt den Drehzahlverlauf der Ist-Drehzahl nx über die Betriebszeit des Brenners 11 für den oben beschriebenen Fall. Beim Unterschreiten des Zahlen­ wertes pmin wird die Soll-Drehzahl nw solange um n erhöht, bis die Bedingung, px ist größer pmax, erfüllt ist. Ist pmax überschritten, bleibt die Soll-Drehzahl kon­ stant, bis entweder wieder der Zahlenwert pmin von px unterschritten wird, oder eine andere Belastung von der Gerätesteuerung 7 gefordert wird. Wird nun beim nochmaligen Anheben der Soll-Drehzahl nw die Grenzdrehzahl n_Grenz über­ schritten, dann schaltet das Heizgerät 26 ab und geht in den Betriebszustand Stö­ rung.

Claims (6)

1. Verfahren zur Steuerung eines modulierenden vormischen­ den Gas-Gebläsebrenners, dadurch gekennzeichnet, daß zur leistungsunabhängigen Einhaltung eines bestimmten Mi­ schungsverhältnisses des Volumenstromes als Führungs­ größe ein über einer Drosselstelle in einem Luftstrom des Gebläses abgenommener Differenzdruck verwendet wird, wobei der Differenzdruck als analoges Signal für eine Lei­ stungsregelung verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erreichen einer bestimmten von der Leistung des Bren­ ners abhängigen Grenzdrehzahl der Brenner abgeschaltet und nach einer kurzen Zeit wieder eingeschaltet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten einer bestimmten Anzahl von Abschaltun­ gen innerhalb einer bestimmten Zeitspanne, der Brenner ver­ riegelnd abgeschaltet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei Unterschreitung eines bestimmten Differenzdruckes an einer dem Gebläsebrenners vorgeord­ neten Drosselstelle dieser abgeschaltet und nach einer be­ stimmten Zeit wieder gestartet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterschreiten eines bestimmten minimalen Differenz­ druckwertes, die Drehzahl des Gebläses so lange erhöht wird, bis der Differenzdruck einen bestimmten Maximalwert erreicht hat und anschließend konstant gehalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erreichen einer bestimmten oberen Grenzdrehzahl der Brenner verriegelnd abgeschaltet wird.