TEMPERATURE CONTROLLER

Abstract: 1. A temperature controller (13) for a fuelburning heat source (6) comprising a pressure controller (9) for gaseous fuel and a d.c. voltage-measuring bridge (18), which includes an actual-value signal generator (17) and a desired-value signal-generating resistor (19) and delivers signals to a final control element (14) in the gas flow path (7) of the heat source (6), characterized in that the actuating signal is delivered as an electrical signal in parallel via a chopper (58) and a comparator (45, 46) to a delay line (54) and an operator (11, 8) and that the delay line (54) together with the output of the chopper (58) controls the final control element (14) via an output stage (56).

Description: Temperaturregler Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Temperaturregler, insbesondere für brennstoffbeheizte Wärmequellen, wie Durchlauf- oder Umlaufwassererhitzer, die mit Gas oder U1 gespeist sind, nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Aus der älteren deutschen Patentanmeldung P 29 06 044.4 ist ein Gasdruckregler für eine solche brennstoffbeheizte Wärmequelle bekanntgeworden, der aus einem Membranregelventil mit vorgeschaltetem Operator besteht. Als Operator wird hier ein Hilfsregelventil verstanden, das den Regelvorgang des Hauptventils einleitet bzw. beendet. Es besteht die Aufgabe, diesen Druckregler aus der älteren Patentanmeldung in einen Temperaturregelkreis einzubeziehen, um die Vorlauftemperatur einer solchen Wärmequelle - oder bei direkter Bereitung warmem Gebrauchswassers die Zapfwasser temperatur - in Abhängigkeit von möglichen Variablen, wie Zeit, Gasdruck, Aussentemperatur und dergleichen mehr, kon stantzuhal ten. Die Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs. Der damit erreichbare technische Fortschritt ist darin zu sehen, dass eine Begrenzung der Ansteuerung des Druckreglers möglich ist, so dass bei einer zu kleinen Regelabweichung die Wärmequelle nicht unnötig in Funktion geht bzw. dass durch Begrenzen der maximalen Stellgrösse eine Obersteuerung des Druckreglers nicht stattfinden kann und dass eine einstell -bare Zündzeit zur optimalen überzündung im Brenner möglich ist. Weiterhin kann Anderungen der Regelgrösse schnell ent gegengewirkt werden, indem das Verhalten des Reglers optimal angepasst werden kann. Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiter bildungen der Erfindung sind aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Figuren der Zeichnungen ersichtlich, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Inhalt haben. Es zeigen Figur eins eine Prinzipdarstellung eines Umlauf wasserheizers mit dem Temperaturregler, Figur zwei ein Blockschaltbild des Aufbaus des Reglers und die Figuren drei und vier Diagramme zur Erklärung der Wirkungsweise des Reglers. In allen vier Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten. Eine Zentralheizungsanlage gemäss Figur eins weist einen Umlaufwasserheizer 1 auf, der beispielsweise von einem Kessel gebildet sein kann. Der Kessel besitzt einen Wärmetauscher 2, dem Umlaufwasser über eine mit einer Pumpe 3 versehene Rücklaufleitung 4 zugeführt und über eine Vorlaufleitung 5 abgeführt ist. Der Wärmetauscher 2 des Kessels wird über einen Gasbrenner 6 beheizt, der über eine Gaszufuhrleitung 7, in die ein Operator 8 und ein Druckregelventil 9 eingeschaltet sind, mit Gas versorgt wird. Der Operator 8 ist über eine elektrische Leitung 10 mit einem Relais 11 verbunden, welcher seinerseits über eine Leitung 12 mit einem Temperaturregler 13 verbunden ist. Der Druckregler 9 besitzt in seinem Inneren eine nicht dargestellte Fluidpumpe, die eine Membran des Druckreglers mit Stelldruck beaufschlagt. Diese Pumpe ist von einem Elektromotor 14 über ein Abtriebsglied angetrieben. Der Motor 14 ist elektrisch über eine Leitung 16 mit dem Temperaturregler 13 verbunden. Dem Regler wird ein Temperatur-Ist-Signal von der Vorlaufleitung 5 über einen als NTC-Widerstand ausgebildeten Temperaturfühler 17 und eine Leitung 34 zugeführt. Ein Sollwertsteller 19 dient zum Einstellen des Sollwertes des Temperaturreglers 13. Die Vorlaufleitung 5 führt zu einem Vorrang-Umschaltventil 20, das die Vorlaufleitung 5 entweder mit einer Heizzweig-Vorlaufleitung 21 oder einer Gebrauchswasserbereiter-Vorlaufleitung 22 verbinden kann. Die Heizzweig-Vorlaufleitung 21 führt zu einem Verbraucher 23, der aus einer Vielzahl in Serie oder parallel geschalteter Radiatoren und/oder einer Fussbodenheizung bestehen kann. Von dem Verbraucher 23 geht die Rücklaufleitung 4 ab. Die Gebrauchswasserbereiter-Vorlaufleitung 22 führt zu einem Gebrauchswasserbereiter 24, an den sich gleichermassen die Rücklaufleitung 4 anschliesst. Im Inneren des Gebrauchswasserbereiters 24 ist eine Rohrschlange 25 vorgesehen, die vom Fluidum der Gebrauchswasser Vorlaufleitung 22 umströmt ist und die von einem Zapfwassernetz 26 über eine Leitung 27 gespeist ist, in der ein Wasserschalter 28 vorgesehen ist, der bei Brauchwasserzapfung ge öffnet ist. Eine von der Rohrschlange 25 wegführende Leitung 29 ist von einem Zapfventil 30 beherrscht. Vom Wasserschalter 28 führt eine Betätigungsleitung 31 zum Vorrang Umschaltventil 20, um dieses bei Wasserfluss in der Leitung 27 so zu schalten, dass die Vorlaufleitung 5 auf die Gebrauchswasser-Vorlaufleitung 22 geschaltet wird. Der Temperaturregler 13 geht in seinem eigentlichen Aufbau aus der Figur zwei hervor. Der Temperaturfühler 17 liegt als NTC-Widerstand im Zuge einer Gleichspannungs-Messbrücke 18 zusammen mit dem Sollwertgeber 19, der als von Hand verstellbarer Widerstand ausgebildet ist. Die Gleichspannungs-Messbrücke 18 ist über Leitungen 34 mit den Eingängen eines Verstärkers 35 verbunden, von dessen Ausgang eine Leitung 36 zu einer Begrenzerschaltung 37 führt. Von der Leitung 36 zweigt eine Leitung 38 ab, die einmal zu einem Eingang 39 eines Rückführ-Netzwerkes 40 führt, dessen Ausgang über eine Leitung 41 mit einem Eingang 42 des Verstärkers 35 verbunden ist. Die Leitung 38 ist auf zwei Eingänge 43 und 44 zweier Vergleicherstufen 45 und 46 geführt, deren Ausgänge 47 und 48 Eingänge einer bistabilen Kippstufe 49 bilden. Die zweiten Eingänge 50 und 51 der Vergleicherstufen 45 und 46 sind für einstellbare Referenzspannungen vorgesehen. Ein Ausgang 52 der bistabilen Kippstufe 49 führt über eine Leitung 53 zu einer Verzögerungsstufe 54, deren Ausgang 55 auf einen Eingang einer als UND-Gatter ausgebildeten Endstufe 56 gegeben ist. Ein zweiter Eingang 57 der Endstufe 56 ist mit dem Ausgang eines Choppers 58 verbunden , der seinerseits über eine Leitung 59 vom Begrenzer 37 angesteuert ist. Dem Begrenzer 37 können Signale nicht nur über die Leitung 36, sondern auch über eine Leitung 60 eingegeben werden, in der der Wasserschalter 28 im Zuge einer Leitung 60 vorgesehen ist. Die Leitung 52 führt zum Relais 11 des Operators. Der Chopper besitzt die Funktion eines Zerhackers, der von der Netzfrequenz geführt, das ihm auf der Leitung 59 zugeführte Signal in ein Rechtecksignal verwandelt, dessen Amplitude proportional dem Eingangssignal ist. Anhand der Diagramme der Figuren drei und vier wird nunmehr die Wirkungsweise des Temperaturreglers 13 beschrieben: In den Diagrammen ist in der Abszisse die Zeit t und in der Ordinate eine typische Amplitude des Ausgangssignals auf der Leitung 16 zum Motor 14 der Fluidpumpe dargestellt. Die Kurve nach Figur drei entsteht bei Brauchwasserbetrieb, die Kurve nach Figur vier bei Heizungsbetrieb. Ausgehend vom Ruhezustand wird zum Zeitpunkt 65 ein Startimpuls gegeben, beispielsweise durch Uffnen des Zapfventiis 30. Als Folge dieses Offnens des Zapfventils resultiert ein Zapfwasserstrom im Zuge der Leitung 26, 27 und 29 mit der Folge eines Ansprechens des Wasserschalters 28 auf diesen Zapfwasserstrom. Ein Ansprechen des Wasserschalters 28 erbringt ein elektrisches Signal auf der Leitung 31 mit der Folge des Umsteuerns des Vorrang-Umschaltventils 20, indem nunmehr die Vorlaufleitung 5 auf die Gebrauchswasser-Vorlaufleitung 22 geschaltet wird und dass über die Leitung 61 dem Temperaturregler 13 ein bestimmter Sollwert im Begrenzer 37 vorgegeben wird. Dieser Sollwert ist ein fester Sollwert und bewirkt, dass die Regelabweichung, stammend aus der Gleichspannungs-Messbrücke 18, für Brauch wasserzapfung unterdrückt wird, nachdem ein Startsignal für den Temperaturregler 13 gegeben wurde. Es wird nämlich über die Messbrücke festgestellt, ob die Temperatur in der Vorlaufleitung 5, gemessen durch den Temperaturfühler 17, gegen über den an den Vergleicheingängen 50 und 51 anliegenden Referenzspannungen eine Regelabweichung signalisiert, die unter der Einschaltbegrenzung liegt. Die Ausgangsspannung der Messbrücke, die auf den Leitungen 34 ansteht, wird im Verstärker 35 verstärkt und parallel auf die Leitungen 36 und 38 gegeben. Das Signal wird über die Leitung 38 auf die Eingänge 43 und 44 der Vergleicherstufen 45 und 46 gegeben. Gleichzeitig wird das Ausgangssignal über das Rückführ-Netzwerk 40 auf den Eingang 42 zurückgeführt, um die maximale Verstärkung des Verstärkers, seinen Proportionalbereich und Integralverhalten beeinflussbar zu machen. Der Integralanteil des Rückführ-Netzwerkes 40 kann bevorzugt'in Stufen, die maximale Verstärkung und der Proportionalbereich dagegen kontinuierlich verändert werden Auf der Leitung 51 liegt eine Referenzspannung an, die einen Minimalwert darstellt, auf der Leitung 50 eine Referenzspannung, die einen Maximalwert repräsentiert. Je nachdem, ob das Gleichspannungssignal auf der Leitung 38 kleiner ist als die kleinere Referenzspannung, schaltet keiner der Vergleicher durch; wenn es grösser ist als die Minimal-Referenzspannung, aber kleiner als die Maximal Referenzspannung, schaltet der Vergleicher 45 . rch, ist die Regelabweichung auf der Leitung 38 grösser als die maximale Referenzspannung, schalten beide Vergleicher durch. Je nach dem Zustand wird die bistabile Kippstufe 49 beeinflusst. Gesetzt wird sie, wenn die Spannung auf der Leitung 38, von kleineren Werten kommend, grösser ist als die grössere Referenzspannung am Eingang 50 (Startsignalbegrenzung). Im anderen Fall bleibt die Kippstufe 49 nicht gesetzt. Das Ausgangssignal auf der Leitung 52 betätigt bei gesetzter Kippstufe das Stellglied 11, so dass der Operator in Tätigkeit geht. Ein Aktivieren des Operators 8 führt zu einem relativ kleinen Gasdurchsatz in der Leitung 7 zum Brenner 6, der dem Oberzünd-Gasstrom entspricht. Der entsprechende Wert ist durch den Kurvenzug 66 in Figur drei dargestellt. Hieraus folgt, dass unmittelbar nach dem Start, d. h. dem Ansprechen des Wasserschalters 28, bei ausreichender Regelabweichung (Istwert der Vorlauftemperatur gegenüber eingestelltem Sollwert 19) der Oberzündgasstrom zum Brenner geleitet wird. Das Ausgangssignal bei gesetzter Kippstufe 49 erscheint aber über die Leitung 53 an der Verzögerungsstufe 54, die das Signal nach der einstellbaren Verzögerungszeit, gegeben durch den Kurvenzug 67, weitergibt. Das bedeutet, dass der Oberzündgasstrom nur während einer bestimmten Zeitspanne, entsprechend der Länge des Kurvenzugs 65, anliegt. Nach Ablauf der Verzögerungszeit steht das entsprechende Signal über die Leitung 55 an der Endstufe 57 an. Da der konstante Sollwert über den Begrenzer 37 und den Chopper 58 über die Leitung 57 gleichfalls an der Endstufe 56 ansteht, wird über die Leitung 16 nunmehr der Motor 14 der Fluidpumpe im Druckregler mit einer Spannung beaufschlagt, die dem maximalen Sollwert, d. h. der grössten Regelabweichung, entspricht. Der entsprechende Kurvenzug 68 zeigt ein Ansteigen des Gasdurch.satzes bis auf einen Wert entsprechend 100 % im Punkt 69 bei steigendem Zapfwasserstrom. Nach Drosseln des Zapfventils 30 wird die Regelabweichung kleiner, es fällt der Gasdurchsatz entsprechend der Kurve 70 auf einen Minimallastpunkt 71 ab. Der Minimallastpunkt 71 ist dadurch gegeben, dass die minimale Referenzspannung auf der Leitung 51 von dem auf der Leitung 38 verstärkten Regel ab weichung unterschritten wird, so dass die Vergleicherstufe 45 sperrt und die Kippstufe 49 zurückgesetzt wird. Die Folge davon ist ein Sperren des Operators 8, so dass der Gasdurchsatz auf den Nullwert zurückgeht, entsprechend dem Punkt 72. Die Arbeitsweise des Reglers bei Heizungsbetrieb verdeutlicht Figur vier. Bei Ergehen eines Startimpulses zur Zeit to, entsprechend dem Punkt 73 der Kurve 74, liegt eine ausreichend grosse Regelabweichung der Istvorlauftemperatur zum eingestellten Sollwert vor, die von der Messbrücke 18 abgefühlt wird. Die Regelabweichung in Fork der am Ausgang des Verstärkers 35 abgegebenen Spannung hat die grössere Referenzspannung auf dem Eingang 50 überschritten, es schaltet nunmehr auch der Vergleicher 46, wie bei der Brauchwasserbereitung beschrieben, durch, so dass die Kippstufe 49 gesetzt wird, als dessen Folge der Operator 8 seine Arbeit aufnimmt. Das entsprechende Signal wird, über die Verzögerungs stufe 54 verzögert, auf die Endstufe 56 gegeben. Der Begrenzer 37 arbeitet nunmehr bei geschlossenem Schalter 28 gegen den damit vorgegebenen. Wert. Die Regelabweichung wird über die Leitung 36 auf den Chopper 58 gegeben, und mit der Grösse der Regelabweichung wird über die Endstufe 56 der Motor 14 mit einem Signal angesteuert, das als Stellgrösse der Regelabweichung entspricht. Je nach Vorgabe des P-Bereiches, des Verstärkungsfaktors und des Integralverhaltens des Rückführungs-Netzwerkes 14 ist der auf der Leitung 16 erscheinende Stellwert entsprechend der Regelabweichung. Liegt die Regelabweichung über der durch den Begrenzer 37 vorgegebenen Grenze, so ergibt sich als Stellgrösse das Kurvenstück 75. Das Maximum des Kurvenstücks 75 ist durch den Begrenzer 37 bei Heizungsbetrieb gegeben. Da die Stellgrösse als Gasdurchsatz gemäss der Kurve 75 der Regelabweichung folgt, kann es in der Stellgrösse zu Minima, beispielsweise im Punkt 76, kommen. In dem Moment, in dem die Stellgrösse die Minimalbegrenzung, entsprechend der kleineren Referenzspannung auf dem Eingang 51 des Vergleichers 45, unterschreitet, wird die Kippstufe 49 zurückgesetzt, wobei sowohl das Relais 11 als auch der Motor 14 stromlos werden und die Stellgrösse auf den Wert Null zurückgeht. Oberschreitet die Regelabweichung wieder einen bestimmten Wert, so beginnt ein erneutes Regelspiel in einem neuen Punkt 73 zu späterer Zeit.

Claims: Patentansprüche 1. Temperaturregler für eine brennstoffbeheizte Wärme quelle mit einem Druckregler für einen gasförmigen Brennstoff mit einer Gleichspannungs-Messbrücke, in der ein Istwertgeber und ein Sollwertgeber-Widerstand vorgesehen ist und mit deren Signalen ein Stellglied im Gasweg der Wärmequelle beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelabweichung als elek trisches Signal über einen Chopper (58) und über einen Vergleicher (45, 46) einmal auf ein Verzögerungsglied (54) und zum anderen auf eine Operator (11, 8) ge geben ist und dass das Verzögerungsglied (54) zusammen mit dem Ausgang des Choppers (58)'eine Endstufe (56) ansteuert. 2. Temperaturregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass der Vergleicher (45, 46) als Zweifachverglei cher mit unterschiedlichen Referenzeingängen (51, 50) ausgestaltet ist. 3. Temperaturregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass der Vergleicher einen einzigen Ver gleicher mit einstellbarer Hysterese und einschalt barem Schaltpunkt aufweist. 4. Temperaturregler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Endstufe (56) als UND-Gatter ausgebildet ist. 5. Temperaturregler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelabweichung über einen Begrenzer (37) auf den Chopper gegeben ist.

Inventors: ORTLINGSHAUS, ULRICH
Applicants: COFRABEL N.V., JOH. VAILLANT GMBH U. CO, SCHONEWELLE B.V., VAILLANT GES.M.B.H, VAILLANT GMBH, VAILLANT LTD., VAILLANT S.A.R.L
Application year: 1980
Main classification: G05D23
IPC codes: G05D23, F24D19, F23N5, F23N1