Regeleinrichtung für das Brennstoff-Luftverhältnis einer brennstoffbeheizten Wärmequelle

Abstract

 Regeleinrichtung für das Brennstoff-Luftverhältnis eines gasbeheizten Umlaufwasserheizers, wobei die Zuluftzu- und Abgasabfuhr über zwei konzentrische Rohrleitungen vorgenommen wird mit einem Meßglied, das aus vier Temperaturfühlern besteht, von denen zwei als eigentliche meßfühler dem Zuluftzu- und dem Abgasabfuhrweg zugeordnet sind, während die anderen beiden als Temperaturkompensationsfühler für die Temperaturänderungen der zuströmenden Zuluft wie auch des Abgases auf Grund von Belastungsänderungen vorgesehen sind.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung für das Brennstoff-Luftverhältnis einer brennstoffbeheizten Wärmequelle gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

[0002] Solche Verhältnisregelungen sind bekannt. Sie beruhen im wesentlichen auf der Messung des Sauerstoffpartialdrucks in den Abgasen der brennstoffbeheizten Wärmequelle. Die dort verwendeten Sauerstoffpartialdruck-Meßfühler haben sich jedoch als sehr teuer und sehr empfindlich erwiesen, so daß ihre Anwendung nur bei industriellen Großfeuerungen in die Praxis umgesetzt wurde. Es besteht aber ein lebhaftes Bedürfnis, auch bei Kleinleistungen bis herab zu sieben bis acht Kilowatt Feuerstätten mit einem optimalen Brennstoff-Luftverhältnis zu betreiben, um hier bei der Masse der Haushalte Energie sparen zu cönnen.

[0003] Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine euch für kleine Leistungen benutzbare Regeleinrichtung zu schaffen, die unempfindlich und preiswürdig ist.

[0004] Die Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs.

[0005] weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche beziehungsweise gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die ein Ausführungsbeispiel der Er- _fi_ndung anhand der Figuren eins und zwei der Zeichnung näher erläutert.

[0006] Es zeigrn

Figur eins eine Prinzipdarstellung einer brennstoffbeheizten Wärmequelle und

Figur zwei eine elektrische Schaltung.

[0007] In beidon Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.

[0008] In der ligur eins ist eine brennstoffbeheizte Wärmequelle abgebildet. Bei dieser kann es sich um einen Kessel, ei- _nen Wasserspeicher, einen Durchlauferhitzer für Brauchwasserbereitung oder einen Umlaufwasserheizer zur Speisung einer Zentralheizungsanlage handeln. Dargestellt ist ein Umlaufwasserheizer 1, der ein Gehäuse 2 aufweist, das eine Brennkammer 3 umschließt. Die Brennkammer enthält einen Heizschacht 4, der einen Wärmetauscher 5 aufweist, von dem eine mit einem Vorlauftemperaturfühler 6 versehene Vorlaufleitung 7 abgeht, die über eine Serien-oder Parallelschaltung einer Vielzahl von Radiatoren mit einer Rücklaufleitung 8 verbunden ist, in die eine Umwälzpumpe 9 eingeschaltet ist, wobei die Rücklaufleitung 8 wieder mit dem Wärmetauscher 5 verbunden ist. Der Vorlauftemperaturfühler 6 ist über eine Meßleitung 10 mit einem Regler 11 verbunden. Die brennstoffbeheizte Wärmequelle 1 ist über eine Rohranordnung 12 mit der Atmosphäre verbunden, wobei die Rohranordnung aus einem innenliegenden Abgasrohr 13 und einem außenliegenden über einen Zuluftringkanal 14 im Abstand zum Innenrohr 13 stehenden Außenrohr 15 gebildet wird. Das Innenrohr 13 ist im Inneren der Brennkammer 3 mit einem Austrittsstutzen 16 eines von einem Elektromotor 17 angetriebenen Gebläses 18 verbunden. Der Motor ist über eine Stelleitung 19 mit dem Regler 11 verbunden. Der Ansaugstutzen des Gebläses 18 ragt in den Innenraum 20 innerhalb des Heizschachtes 4 stromab des Wärmetauschers.

[0009] Dem im Ringkanal 14 strömenden Zuluftstrom ist ein Platinmeßwiderstand 21 ausgesetzt, der über ein Leitungspaar 22 mit dem Regler 11 verbunden ist. Im Ringkanal ist stromab des Meßfühlers 21 eine Drosselblende 23 vorgesehen, stromauf der Meßblende 23 mündet eine pneumatische Meßleitung 24, die auf ihrem anderen Ende mit einem Membranstellmotor 25 verbunden ist, der über eine Stellstange 26 mit einem Gasventil 27 verbunden ist, das einen Brenner 28 über eine Gasleitung 29 speist.

[0010] Dem Abgaskanal im Inneren des Innenrohres 13 ist ein weiterer als Platinwiderstand ausgebildeter Meßfühler 30 zugeordnet, der über Leitungen 31 mit dem Regler 11 verbunden ist. Die beiden Platindrahtmeßfühler 21 und 30 bilden die eigentlichen Meßglieder des Reglers 11.

[0011] Es sind zwei weitere Kompensationstemperaturfühler 32 und 33 vorgesehen, die über Leitungen 34 und 35 gleichermaßen mit dem Regler 11 verbunden sind.

[0012] Aus der Figur zwei geht die Verschaltung der Meßfühler und der Kompensationsfühler hervor.

[0013] Es ist eine Wheatstonesche Brücke 40 vorgesehen, die zwei Äste 41 und 42 aufweist, die ihrerseits je zwei Zweige aufweisen. Der Ast 41 wird aus der Serienschaltung der beiden Meßfühler-Platinwiderstände 21 und 30 gebildet, wobei die Leitungen 22 und 31 miteinander verbunden sind und diese Verbindungsstelle den einen Punkt der Brückendiagonale bildet, die über eine Leitung 43 mit dem Regler 11 verbunden ist. Der zweite Ast 42 besteht aus den Kompensationsfühlern 32 und 33, die in Serie durch Verbindung der Leitungen 34 und 35 geschaltet sind. Der Verbindungspunkt der beiden Leitungen 34 und 35 bildet den anderen Punkt der Brückendiagonale und ist über eine Leitung 44 mit dem Regler 11 verbunden. Die Verbindungen der Leitungen 22 und 35 beziehungsweise 31 und 34 bilden die Einspeisungspunkte für eine Gleichspannungsspeisequelle 45, die über Leitungen 46 und 47 mit den entsprechenden Einspritzpunkten der Brücke verbunden sind.

[0014] Wie die Figur zwei zeigt, kann es zweckmäßig sein, in dem Ast der Brücke 40, der den Kompensationstemperaturfühler 32 aufweist, einen weiteren einstellbaren Widerstand 48 anzuordnen, auf dessen Funktion später noch eingegangen wird. Die Funktion der Regeleinrichtung stellt sich wie folgt dar, wobei zunächst davon ausgegangen wird, daß die Wärmequelle nur im Vollastbetrieb arbeitet. Die beiden Meßfühler 21 und 30 werden von der Speisespannungsquelle 45 beheizt und werden vom vorbeistreichenden Luft- beziehungsweise Abgasstrom gekühlt. Da ihre Widerstandswerte und das Temperaturverhalten der Widerstandsänderung gleich ist und da an beiden Widerständen der gleiche Durchsatz an Zuluft sowie Abgas stattfindet, ist die an den Widerständen abfallende Spannungsdifferenz unmittelbar ein Maß für den Zustand des Gases. Durch die Mitwirkung der Zuluft an der Verbrennung des Gases wird Sauerstoff in Kohlendioxyd umgewandelt, so daß sich die Wärmeleitfähigkeit des Abgases gegenüber der der Luft ändert. Somit Ist die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Meßfühlern unmittelbar ein Maß für den Kohlendioxydgehalt des Abgases. WUrde der Brenner 28 nicht in Betrieb sein, so wären beide Meßwiderstände nur der Frischluft ausgesetzt und das Spannungsdifferenzsignal wäre Null. Ist somit das eine Gas (das Abgas) nicht reine Luft, sondern enthält es Kohlendioxyd, so wird die Wäraeleitfähigkeit dieses Gases geringer, weil die Wärmeleitfähigkeit von Kohlendioxyd geringer ist als die von Luft. Der Platindraht des Fühlers 30 kühlt sich weniger ab, so daß der elektrische Widerstand größer ist, als wenn er der Luft ausgesetzt wäre. Die Wheatstonesche Brücke 40 ist nicht mehr abgeglichen, die Brückendiagonalspannung ist der C0₂-Konzentration proportional. Mit diesem Spannungssignal kann der Regler 11 die Drehzahl des Ventilators 17 nachstimmen, um so ein optimales Brennstoff-Luftverhältnis einzuregeln. Diese Regelung funktioniert aber nur unter der Annahme, daß sich die Temperatur der Frischluft nicht ändert. Dies kann aber durchaus der Fall sein, und hierfür ist der erste KompensationstemperaturfUhler 33 vorgesehen. Bei diesem handelt es sich gleichermaßen um einen Platinwiderstand. Dieser Platinwiderstand ist im Frischluftweg angeordnet und gleicht die Einflüsse einer Temperaturänderung der Zuluft auf die Verstimmung der Wheatstoneschen Brücke 40 aus.

[0015] Weiterhin könnte es vorteilhaft sein zu berücksichtigen, daß die Wärmequelle nicht immer nur mit Vollast, sondern mit einer sich stetig oder stufenweise ändernden Last betrieben wird. Zum Beispiel im Falle einer außentemperaturabhängigen Steuerung der Wärmelieferung durch die Wärmequelle kann eine sich stetig ändernde Belastung die Folge sein. Hierzu wird zunächst ein bestimmter Brennstoffdurchsatz vorgegeben, also eine bestimmte öffnung des Brennstoffventils 27. Hierzu muß nun der entsprechende Durchsatz an Frischluft geschaffen werden, um eine stöchiometrische Verbrennung sicherzustellen. Da die Temperatur des Abgases von der Belastung abhängig ist und mit steigender Teillast sinkt, würde die Brücke ebenfalls verstimmt werden. Um diese Eigenschaft zu kompensieren, ist ein zweiter KompensationstemperaturfUhler 32 vorgesehen, der dem Abgasweg ausgesetzt ist. Der Widerstand 48 dient dem Nullabgleich der Brücke und Sollwertvorgabe der C0₂-Gehaltes, der analog für den 0₂-Gehalt der Zuluft steht.

[0016] Bei der beschriebenen Regeleinrichtung wird durch nicht dargestellte Mittel sichergestellt, daß ein bestimmter LuftUberschuß nicht unterschritten werden kann, in diesem Fall könnte es zu einer Störabschaltung der Wärmequelle oder zu einem maximalen Luftüberschuß kommen, beispielsweise könnte in diesem Fall der Ventilator auf maximale Drehzahl verstellt werden.

Ansprüche

1. Regeleinrichtung für das Brennstoff-Luftverhältnis einer brennstoffbeheizten Wärmequelle mit einem Meßglied für das Ist-Verhältnis, einem Sollwertgeber sowie einem Regler und einem Stellglied, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßglied aus vier Temperaturfühlern besteht, von denen zwei als eigentliche Meßfühler (21, 30) dem Zuluft-(14) und dem Abgasweg (13) der Wärmequelle (1) zugeordnet sind, während die beiden anderen als TemperaturkompensationsfUhler (32, 33) für die Temperaturänderungen der zuströmenden Frischluft wie auch des Abgases aufgrund von Belastungsänderungen vorgesehen sind.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch eins, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturfühler als Meßwiderstände ausgebildet sind und in Zweigen einer Wheatstoneschen Brücke (40) angeordnet sind, wobei jeweils ein Ast (41, 42) von den beiden Meßwiderständen und der andere von den beiden Kompensationswiderständen gebildet ist.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch zwei, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- und KompensationsfUhler aus gleichen Platindrahtwiderständen gebildet sind.

Zeichnung