EP0387703B1 - Regelung für Brenner von Heizanlagen - Google Patents

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EP0387703B1
EP0387703B1 EP90104426A EP90104426A EP0387703B1 EP 0387703 B1 EP0387703 B1 EP 0387703B1 EP 90104426 A EP90104426 A EP 90104426A EP 90104426 A EP90104426 A EP 90104426A EP 0387703 B1 EP0387703 B1 EP 0387703B1
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thermostat
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Walter Senator H.C. Dr.H.C.Ing. Holzer
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00—Regulating fuel supply
    • F23N1/002—Regulating fuel supply using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/20—Systems for controlling combustion with a time programme acting through electrical means, e.g. using time-delay relays
    • F23N5/203—Systems for controlling combustion with a time programme acting through electrical means, e.g. using time-delay relays using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00—Regulating fuel supply
    • F23N1/08—Regulating fuel supply conjointly with another medium, e.g. boiler water
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    • F23N2223/00—Signal processing; Details thereof
    • F23N2223/22—Timing network
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2227/00—Ignition or checking
    • F23N2227/10—Sequential burner running

Definitions

  • a device for burner control is known in which, depending on the state of a medium to be heated, a measurement of the burning time and the total cycle time, the burning power is controlled in order to operate the burner at the most favorable operating point .
  • burners can now also be retrofitted which, for example, have only one power level.
  • the pause time has an externally adjustable, reciprocal ratio to the burner's duty cycle.
  • Such an oppositely variable pause time can be easily achieved by programming a maximum pause time that is a constant multiple of the respective burner on time is shortened. If the burner is switched on for a longer period of time, this even reduces the pause time to '0', which means that the burner's full heating output can be used.
  • This bridging contact can also be a thermostat contact, which falls below a minimum temperature of z. B. 16 ° C closes.
  • Figure 1 shows the functional diagram of a previous temperature control between two fixed temperatures T1 and T. As soon as the room temperature drops below the value T1, the burner or the heater is switched on until the temperature T is reached. Then the thermostat switches off and so on.
  • the switch-on times can be very short and numerous.
  • Figure 2 is a corresponding functional diagram for a device according to the invention.
  • FIG. 3 shows the schematic circuit diagram of a break control according to the invention.
  • the burner (1) is switched on by the thermostat contact (2) via the normally closed break contact (4).
  • the time control (6) receives the information via line (7) that the burner (1) is switched on.
  • the control ends (6) the time measurement of how long the burner (1) was on.
  • the timer (6) actuates the pause contact (4) via the relay (5), opens it and thus prevents the burner (1) from being switched on again.
  • FIG. 4 shows the course of the burner's switch-on time and the pause time T p derived therefrom.
  • the pause time (cycle time) is also reduced by one minute of the pause time.
  • the point (11) in FIG. 4 at the intersection of the straight lines T p and T Br means that in this example the pause time T p has shrunk to '0' after twenty minutes of burning time.
  • FIG. 6 schematically shows the structure of a digital time control which is able to implement the pause circuit shown in FIG. 1.
  • Such a timing can, for. B. from a digital time pulse generator (16) and a pulse counter (17).
  • the time pulse generator (16) is, for. B. designed so that you can select time pulses after 60,45,30 or 15 seconds to feed them to the pulse counter (17).
  • the time pulse generator (16) is reset to '0' after the maximum time of 60 seconds.
  • the maximum number of pulses at which the breaks can be ended and the burner can be switched on again by the thermostat (2) is set on the pulse counter (17) using the adjusting knob (8).
  • the number of maximum pulses can be read off the display (19).
  • the current number of pulses which have elapsed in the respective cycle can also be read on a second display (18).
  • the relay (20) receives voltage via line (7) and switches the contact (22), which has the task of switching the cycle times, to line (25) and thus via the selector switch (9) to one of the shortened cycle times, for example as shown to a 30-second cycle, ie twice as fast as the basic cycle time 60 seconds.
  • the relay (20) no longer receives any voltage. It falls off and the contact (22) connects the pulse counter (17) via line (24) and (26) with the basic cycle time of 60 seconds. At the same time, the relay (5) picks up and opens the break contact (4).
  • the pulse counter (17) from the clock generator (16) is supplied with pulses every 60 seconds until the number of pulses shown on the display (19) (in this example '40') is reached. At this maximum number of pulses, the pulse counter (17) is also set to '0', the relay (5) is de-energized and the break contact (4) closes.
  • the burner (1) can only start operating again now, even if the thermostat (2) had previously closed.
  • FIG. 5 shows the course of a control curve as can be achieved with the circuit of FIG. 6.
  • Time t is plotted again horizontally, the number of corresponding time pulses plotted vertically. In this example, too, a preselected maximum number of pulses of 40 pulses is assumed.
  • the duplication constant K 1 is also retained. This corresponds to a pulse sequence twice as fast during the burner's switch-on time, i.e. 1 pulse in 30 seconds.
  • FIG. 5 shows a steep increase during this burner running time, which is assumed to be 15 minutes, up to 30 pulses corresponding to line 26.
  • the time counting according to line 27 runs slowly with one pulse per minute during the remaining time (pause time T p ), until the preselected maximum pause time Pm is reached at 40 pulses.
  • FIG. 5 also shows, for example, the possibility of driving a variable-capacity two-stage burner. e.g. B. full and half power.
  • the pulse counter (17) of the time control (6) has a further setting option.
  • a number of pulses (31) can be set, at which the control checks whether the burner is still switched on, according to item 29 in FIG. 5. If this is not the case, this means that less than half Burner power is required in the control cycle and the time control (6) gives the command to switch over to half the power via the command line (32) (see circuit diagram in FIG. 6).
  • the burner receives the command to run with higher power via the command line (32).

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  • Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)
  • Regulation And Control Of Combustion (AREA)

Description

  • Oftmaliges kurzes Einschalten des Brenners einer Heizanlage, infolge geringen Wärmebedarfs in den wärmeren Jahreszeiten, führt nicht nur zu einem starken Verschleiß des Brenners, sondern auch zu starker Verschmutzung der Düsen und anderer Brennteile.
  • Vor allem aber entsteht bei jedem Start eine extrem hohe Schadstoffemission, die mehr als das 1000-fache des normalen Emissionswertes erreichen kann.
  • Aus der OS-DE 33 45 705 A1 ist eine Vorrichtung zur Brennersteuerung bekannt, bei der in Abhängigkeit des Zustandes eines aufzuheizenden Mediums, über eine Messung der Brennzeit und der gesamten Zykluszeit, die Brennleistung gesteuert wird, um den Brenner im jeweils günstigsten Arbeitspunkt zu betreiben.
  • Der Nachteil einer derartigen Brennersteuerung besteht darin, daß ein relativ hoher und kostenintensiver Installationsaufwand betrieben werden muß, um z.B. schon vorhandene, nur über einen Thermostatkontakt gesteuerte Brenner, aufrüsten zu können. Weiterhin lassen sich Brenner mit nur einer oder zwei Leistungsstufen durch eine derartige Vorrichtung nicht nachrüsten.
  • Hier greift die Erfindung ein, die es auf einfache Weise ermöglicht, die Anzahl der Starts des Brenners zu reduzieren, um damit den Brenner zu schützen, dessen Lebensdauer zu erhöhen und insgesamt die Anlage umweltfreundlicher zu machen. Erfindungsgemäss lassen sich nun auch Brenner nachrüsten, die z.B. nur eine Leistungsstufe besitzen.
  • Erfindungsgemäss wird vorgeschlagen, abhängig von der Einschaltdauer des Brenners, durch Öffnen eines Pausenkontaktes eine Pause bis zum nächsten Einschalten zu erzwingen, wobei durch eine Zeitmeßeinrichtung die tatsächliche Einschaltdauer des Brenners gemessen und davon abhängig die Pausenzeit gegensinnig-variabel bestimmt wird, d.h. daß, die Pausenzeit in einem extern einstellbaren, reziproken Verhältnis zur Einschaltdauer des Brenners steht. Das hat zur Folge, daß bei kurzer Einschaltdauer, entsprechend geringem Wärmebedarf, eine längere Pause vorgesehen wird, hingegen bei einer längeren Einschaltdauer des Brenners, entsprechend höherem Wärmebedarf, eine kürzere Pause eintritt.
  • Eine derartige gegensinnig-variable Pausenzeit kann man dadurch einfach erreichen, daß eine maximale Pausenzeit einprogrammiert ist, die um ein konstantes Vielfaches der jeweiligen Einschaltdauer des Brenners verkürzt wird. Bei längerer Einschaltdauer des Brenners führt dies sogar zu einer Verkürzung der Pausenzeit auf '0', wodurch die volle Heizleistung des Brenners genutzt werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird bei mehrstufigen oder regelbaren Brennersystemen vorgeschlagen, abhängig von der Einschaltdauer, die Brennerleistung veränderbar zu steuern.
  • Dies kann z. B. erfindungsgemäß dadurch erfolgen, daß in der Regelung ein oder mehrere voreinstellbare Einschaltdauern programmierbar sind, bei deren Unterschreiten der Brenner in seiner Leistung auf eine niedrigere Stufe geschaltet wird.
  • Erst wenn in einem Zyklus die Pause '0' erreicht, erhält der Brenner das Kommando, wieder auf höhere Leistung zu schalten.
  • Je nach Größe und Lage der Räume kann es sinnvoll sein, die maximale Pausenzeit und/oder die Vervielfachungskonstante einstellbar zu machen, um optimale Verhältnisse zu erreichen.
  • Um in extremen Situationen in das Regelprogramm eingreifen zu können, z. B. beim Durchlüften von Räumen im Winter, wird empfohlen, einen Überbrückungskontakt zum Pausenkontakt vorzusehen.
  • Dieser Überbrückungskontakt kann auch ein Thermostatkontakt sein, der bei Unterschreiten einer Minimaltemperatur von z. B. 16° C schließt.
  • Nachstehend wird ein einfaches Beispiel einer erfindungsgemäßen Regelung vorgestellt, das schematisch den Erfindungsgedanken beschreibt. Dieses Beispiel ist nicht als beschränkend aufzufassen, sondern es können beliebige äquivalente Lösungen vorgesehen werden, da angesichts der heutigen Möglichkeiten mit Mikro-Prozessoren auch komplexe Rechenprogramme zur Ermittlung der Pausenzeiten herangezogen werden können. Wesentlich bleibt die Ermittlung der benötigen Wärmemenge aus dem Verhältnis von Brenndauer bzw. Pause.
  • Figur 1 zeigt das Funktionsdiagramm einer bisherigen Temperatursteuerung zwischen zwei Festtemperaturen T₁ und T. Sobald die Raumtemperatur unter den Wert T₁ absinkt, wird der Brenner bzw. die Heizung eingeschaltet, bis die Temperatur T erreicht wird. Dann schaltet der Thermostat ab usf. usf.
  • Daraus erfolgt der Temperaturverlauf (14). Die in Figur 1 eingetragenen Blöcke zeigen den jeweiligen Einschaltzustand des Brenners. Bei sonst konstanten Bedingungen ergeben sich etwa gleiche Einschaltzeiten (12) und Pausenzeiten (13).
  • Bei warmen Wetter, d.h. geringem Wärmebedarf und gedrosseltem Wasserumlauf, können die Einschaltzeiten sehr kurz und zahlreich werden.
  • Figur 2 ist ein entsprechendes Funktionsdiagramm für eine erfindungsgemäße Einrichtung.
  • Figur 3 zeigt das schematische Schaltbild einer erfindungsgemäßen Pausensteuerung.
  • Der Brenner (1) wird von dem Thermostatkontakt (2) über den normalerweise geschlossenen Pausenkontakt (4) eingeschaltet. Gleichzeitig erhält die Zeitsteuerung (6) über die Leitung (7) die Information, daß der Brenner (1) eingeschaltet ist.
  • Sobald der Thermostatkontakt (2) wieder öffnet, beendet die Steuerung (6) die Zeitmessung, wie lange der Brenner (1) eingeschaltet war. Gleichzeitig betätigt die Zeitsteuerung (6) über das Relais (5) den Pausenkontakt (4), öffnet diesen und sperrt damit ein Wiedereinschalten des Brenners (1).
  • Die Zeitsteuerung (6) kann beispielsweise nach der Formel T p = Pm - (K + 1) x t Br
    Figure imgb0001
     arbeiten.
    Dabei bedeutet
    • Tp =
    Pausenzeit
    Pm =
    Max. Pausenzeit (Zykluszeit)
    K =
    Vervielfältigungskonstante
    TBr =
    Einschaltzeit des Brenners
    Diese Funktion kann aus Figur 4 abgelesen werden, wobei auf der horizontalen Achse die Zeit t in Minuten und auf der vertikalen Achse die Pausenzeit Tp ebenfalls in Minuten angegeben ist.
  • Figur 4 zeigt den Verlauf der Einschaltzeit des Brenners und daraus abgeleitet die Pausenzeit Tp . Im Beispiel Figur 4 ist angenommen, daß die maximale Pausenzeit Pm vierzig Minuten und die Vervielfältigungskonstante K = 1 beträgt, d.h. je Minute Einschaltzeit des Brenners verkürzt sich die Pause ebenfalls um eine Minute. Das heißt, von der max. Pausenzeit (Zykluszeit) geht außer der Brenndauer für jede Minute Brenndauer auch eine Minute Pausenzeitverkürzung ab.
  • Der Punkt (11) in Figur 4 im Schnittpunkt der Geraden Tp und TBr bedeutet, daß in diesem Beispiel nach zwanzig Minuten Brenndauer die Pausenzeit Tp auf '0' geschrumpft ist.
  • Figur 6 zeigt schematisch den Aufbau einer digitalen Zeitsteuerung, die in der Lage ist, die in Figur 1 gezeigte Pausenschaltung zu realisieren.
  • Eine solche Zeitsteuerung kann z. B. aus einem digitalen Zeitimpulsgeber (16) und einem Impulszähler (17) aufgebaut werden.
  • Der Zeitimpulsgeber (16) ist z. B. so ausgelegt, daß man wahlweise Zeitimpulse nach 60,45,30 oder 15 Sekunden abgreifen kann, um sie dem Impulszähler (17) zuzuführen. Der Zeitimpulsgeber (16) wird jeweils nach Ablauf der maximalen Zeit von 60 Sekunden wieder auf '0' zurückgestellt.
  • Bei Einstellung einer verkürzten Impulszeit mittels des Knopfes (9) erfolgt die Rückstellung des Zeitimpulsgebers (16) vorzeitig über die Reset-Leitung (23).
  • Am Impulszähler (17) wird mit dem Einstellknopf (8) die maximale Impulszahl eingestellt, bei der die Pausen beendet und der Brenner wieder vom Thermostat (2) eingeschaltet werden kann. Die Anzahl der maximalen Impulse können dabei von dem Display (19) abgelesen werden.
  • Auf einem zweiten Display (18) kann, falls gewünscht, auch die aktuelle Anzahl der Impulse abgelesen werden, welche im jeweiligen Zyklus abgelaufen sind.
  • Sobald der Thermostat (2) einschaltet, erhält auch das Relais (20) über die Leitung (7) Spannung und schaltet den Kontakt (22), der die Aufgabe hat, die Taktzeiten umzuschalten, auf die Leitung (25) und damit über den Wahlschalter (9) auf eine der verkürzten Taktzeiten, z.B. wie dargestellt auf 30-Sekunden-Takt, d.h. doppelt so schnell als die Basistaktzeit 60 Sekunden.
  • Schaltet nun der Thermostat (2) bei Erreichen der oberen Temperatur T ab, so erhält das Relais (20) keine Spannung mehr. Es fällt ab und der Kontakt (22) verbindet den Impulszähler (17) über die Leitung (24) und (26) mit der Basistaktzeit 60 Sekunden. Gleichzeitig zieht das Relais (5) an und öffnet den Pausenkontakt (4).
  • In der Folge werden dem Impulszähler (17) vom Taktgeber (16) alle 60 Sekunden Impulse zugeleitet, bis die am Display (19) angezeigte Impulszahl (in diesem Beispiel '40') erreicht ist. Bei dieser maximalen Impulszahl wird auch der Impulszähler (17) auf '0' gestellt, das Relais (5) wird stromlos und der Pausenkontakt (4) schließt.
  • Der Brenner (1) kann erst jetzt wieder seinen Betrieb aufnehmen, selbst wenn der Thermostat (2) vorher geschlossen hätte.
  • Sollte der Kontakt (2) noch nicht geschlossen sein, so bleibt die gesamte Zeitsteuerung (6) in Warteposition "Stand-by", bis beim nächsten Einschalten des Thermostats (2) das Relais (20) wieder Spannung erhält.
  • Figur 5 zeigt den Verlauf einer Regelkurve, wie sie mit der Schaltung Figur 6 erreicht werden kann.
  • Horizontal ist wieder die Zeit t, vertikal die Anzahl der entsprechenden Zeitimpulse aufgetragen. Auch in diesem Beispiel wird eine vorgewählte maximale Impulszahl von 40 Impulsen angenommen. Auch die Vervielfältigungskonstante K = 1 ist beibehalten. Das entspricht einer doppelt so schnellen Impulsfolge während der Einschaltzeit des Brenners, also 1 Impuls in 30 Sekunden.
  • Demgemäß zeigt Figur 5 während der Brennerlaufzeit, die mit 15 Minuten angenommen ist, ein steiles Ansteigen in dieser Zeit bis auf 30 Impulse entsprechend der Linie 26. Sobald der Brenner abgeschaltet ist, läuft während der restlichen Zeit (Pausenzeit Tp ) die Zeitzählung gemäß Linie 27 langsam mit einem Impuls pro Minute, bis schließlich die vorgewählte maximale Pausenzeit Pm bei 40 Impulsen erreicht ist.
  • Diese Funktion entspricht genau der angegebenen Formel T p = Pm - (K + 1) x t Br
    Figure imgb0002
     Figur 5 zeigt auch eine beispielsweise Möglichkeit bei einem zweistufigen Brenner mit veränderlicher Leistung zu fahren. z. B. volle und halbe Leistung.
  • Erfindungsgemäß erhält der Impulszähler (17) der Zeitsteuerung (6) eine weitere Einstellungsmöglichkeit. Mit dem Knopf (33) kann eine Impulsanzahl (31) eingestellt werden, bei der die Steuerung prüft, ob der Brenner noch eingeschaltet ist, entsprechend Punkt 29 in Figur 5. Ist das nicht der Fall, so bedeutet dies, daß weniger als die halbe Brenner-leistung im Steuerungszyklus benötigt wird und die Zeitsteuerung (6) gibt über die Kommandoleitung (32) den Befehl zur Umschaltung auf halbe Leistung (siehe Schaltbild Figur 6).
  • Wird hingegen bei Erreichen der eingestellten maximalen Impulszahl festgestellt, daß der Brenner immer noch eingeschaltet, d. h. die restliche Pausenzeit '0' ist, so erhält der Brenner über die Kommandoleitung (32) den Befehl mit höherer Leistung zu fahren.
  • Mit dem Knopf (33) kann man die Impulszahl (31) den verschiedenen Bedingungen anpassen, um z. B. bei halber Zyklusimpulszahl oder erst bei 3/4 der maximalen Zyklusimpulse zu prüfen, ober der Brenner umgeschaltet werden soll.
  • Das beschriebene Beispiel dient dem besseren Verständnis der Erfindung, aber sowohl die Zeitmessung und die Auswertung in dem "Zyklus" können beliebig variiert werden, soweit die Aufgabenstellung erfindungsgemäß damit gelöst werden kann.

Claims (10)

  1. Einrichtung zur zusätzlichen Regelung eines Brenners oder anderer Wärmeerzeuger, welche mittels eines Thermostaten (2) eine automatische Anpassung der Wassertemperatur an den Wärmebedarf vornehmen, wobei der Brenner (1) vor zu häufigem Ein- und Ausschalten, wie es durch eine ausschließliche Thermostatregelung erfolgen würde, geschützt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zeitsteuer- und Zeitmesseinrichtung (6) zur Messung der Einschaltdauer des Brenners (1) vorgesehen ist, welche beim Abschalten des Brenners (1) über ein Relais (5) einen im Steuer- oder Hauptstromkreis des Brenners (1) befindlichen Pausenkontakt (4) derart steuert, daß die Pausenzeit (TP) des Pausenkontakts in einem extern einstellbaren, reziproken Verhältnis zur Einschaltdauer (TBr) des Brenners steht.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine maximale Pausenzeit einprogrammiert ist, die um ein konstantes Vielfaches der jeweiligen Einschaltdauer des Brenners verkürzt wird.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehrstufigen oder regelbaren Brennersystemen, abhängig von der Einschaltdauer, die Pausenzeit und/oder die Brennerleistung veränderbar ist.
  4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere voreinstellbare Einschaltdauern des Brenners vorhanden sind, bei deren Unterschreiten der Brenner auf eine niedrigere Stufe geschaltet wird.
  5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erreichen einer Pausenzeit '0' der Brenner auf höhere Leistung geschaltet wird.
  6. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Pausenzeit und/oder die Vervielfältigungskonstante einstellbar ist.
  7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Pausenzeit und/oder die Vervielfältigungskonstante uhrzeit- oder temperaturabhängig veränderbar sind.
  8. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überbrückungskontakt zum Pausenkontakt vorhanden ist.
  9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Überbrückungskontakt von einem Thermostat und/oder einer Zeitschaltuhr gesteuert wird.
  10. Verfahren zur zusätzlichen Regelung eines Brenners oder anderer Wärmeerzeuger, welche mittels eines Thermostaten (2) eine automatische Anpassung der Wassertemperatur an den Wärmebedarf vornehmen, wobei der Brenner (1) vor zu häufigem Ein- und Ausschalten, wie es durch eine ausschließliche Thermostatregelung erfolgen würde, geschützt wird, dadurch gekennzeichnet, daß während der Brenner (1) eingeschaltet ist, dessen Einschaltdauer (TBr) durch eine Zeitsteuer- und Zeitmesseinrichtung (6) gemessen wird, wobei der Thermostat-Kontakt (2) und der Pausenkontakt (4) geschlossen sind, worauf beim Ansprechen des Thermostats (2) der Brenner (1) abgeschaltet wird und damit die Zeitmessung beendet wird, und die Zeitsteuer- und Zeitmesseinrichtung (6) über ein Relais (5) den Pausenkontakt (4) öffnet, und damit ein Wiedereinschalten des Brenners (1), unabhängig vom Thermostaten (2), über die Dauer der Pausenzeit (TP) gesperrt wird, wobei die Pausenzeit (TP) des Pausenkontaktes (4) in einem extern einstellbaren, reziproken Verhältnis zur Einschaltdauer (TBr) des Brenners (1) steht.
EP90104426A 1989-03-13 1990-03-08 Regelung für Brenner von Heizanlagen Expired - Lifetime EP0387703B1 (de)

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EP0387703B1 true EP0387703B1 (de) 1995-08-02

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