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Die Erfindung bezieht sich auf Wasserheizungen und
atmosphärische Gasbrenner, und insbesondere auf ein
Sicherheitsverfahren für die Geräte während eines Rückstroms der
Verbrennungsprodukte, beispielsweise bei Verschluß der
Rauchgasabzugsleitung.
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Der Einsatz von Sicherheitsvorrichtungen, welche diese
Funktion gewährleisten, ist allgemein bekannt, insbesondere bei
Anlagen mit gesteuerter mechanischer Belüftung zur
Abmilderung der Folgen einer gegebenenfalls aufgetretenen Störung
oder eines Defekts. Eine Störung am Absauger oder auch ein
Verschluß der Leitungen schlägt sich in einem anormalen
Temperaturanstieg am Zugbegrenzer nieder. Üblicherweise wird an
dieser Stelle ein Thermostat oder ein Temperaturfühler
vorgesehen, der bei einer vorgegebenen Temperatur umgehend in
Richtung einer Betriebsunterbrechung des Brenners wirksam
wird. Diese Temperatur, bei welcher das wärmeempfindliche
Element die Abschaltung der Gaszufuhr zum Brenner
herbeiführt, wird zwischen dem zulässigen Temperaturwert, bei dem
das Gerät unter normalen Zugbedingungen arbeitet, und einem
Temperaturwert geregelt, bei welchem es zu einem gefährlichen
Rückstrom der Verbrennungsprodukte käme. Dieser vorgegebene
Temperaturwert ermöglicht im Falle von Geräten mit fest
eingestellter Leistung eine praktisch sofort vorgenommene
Betriebsunterbrechung des Geräts, sobald eine Störung
aufgetreten ist.
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Andererseits stellt bei den Geräten mit variabler Leistung,
bei denen der Brenner mit verminderter Leistung, mit
höchstmöglicher Leistung oder auf einer dazwischenliegenden
Leistungsstufe arbeiten kann, der feste Auslösewert für das
temperaturempfindliche Element einen Nachteil dar, da die
niedrigste Temperatur der Verbrennungsprodukte bei Betrieb des
Brenners mit geringer Leistung es nicht gestattet, diesen
Wert rasch zu erreichen, so daß die Sicherheitsumschaltung
des Geräts entsprechend verzögert wird.
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Außerdem treten bei dieser Vorrichtung mit einem
Temperaturfühler beispielsweise im Sommer, bei Raumtemperaturen im
Bereich von 30ºC, ungewollte Sicherheitsumschaltungen auf, da
der Fühler im Normalbetrieb bei hoher Leistung eine
Temperatur erreicht, die gleich der Temperatur ist, die einem
gestörten Betrieb mit kleiner Leistung entspricht.
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Eine weitere Lösung besteht in der Verwendung von zwei
Temperaturfühlern, von denen der eine im normalen Strom der
Rauchgase und der andere im Rückstrom dieser Abgase
angeordnet ist - vgl. beispielsweise die deutsche Patentschrift
DE-A-30 20 228.
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Wenn der Wärmezug unzureichend ist, strömen die Rauchgase
über das Gehäuse des Zugbegrenzers in den Wohnraum zurück und
stauen sich dort. Die beiden Temperaturfühler befinden sich
somit im selben Rückstrom der Abgase und infolgedessen sinkt
der Temperaturunterschied zwischen den beiden Werten rasch um
einige Grad ab. Diese Schwankung des Temperaturunterschieds
wird aber genutzt, um das Gerät auf sicheren Betrieb zu
schalten.
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Diese Anlage mit zwei Fühlern bringt jedenfalls Nachteile mit
sich, wenn das Gerät in der Regelphase arbeitet. Wenn die
Regelung die Betriebsunterbrechung des Brenners auslöst,
sinkt nämlich die Temperatur des im normalen Abgasstrom
angeordneten Fühlers rasch ab, da keine weiteren Abgabe mehr
freigesetzt werden.
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Im Gegensatz hierzu steigt die Temperatur des im Rückstrom
angeordneten Fühlers nur sehr viel langsamer an, da er
weiterhin der Abstrahlung vom Gehäuse des Zugbegrenzers
ausgesetzt ist. Infolgedessen verringert sich der
Temperaturunterschied ebenso rasch wie in den Fällen, wo es zu einem
Rückstrom kommt. Um diesen Effekt abzufedern, muß das Gerät
mit einer intelligenten Elektronik ausgerüstet werden, welche
den Umstand berücksichtigt, daß sich das Gerät in der
Regelphase befindet, und welches die Sicherheitsschaltung während
dieser Phase deaktiviert, damit es nicht zu einer Umschaltung
kommt. Somit könnte ein System mit Mikroprozessor, in dessen
Speicher die Vorgabewerte für die Fühler abgespeichert sind,
die Sicherheitsumschaltung des Geräts in Abhängigkeit von
Signalen herbeiführen, die es von den Fühlern während eines
Rückstrombetriebs empfängt, allerdings auch in Abhängigkeit
von Signalen, die vom Brenner kommen und die Heizleistung im
jeweiligen Augenblick angeben.
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Aus naheliegenden Kostengründen kann man jedoch nicht den
Einbau eines solchen Systems an herkömmlichen
Regelvorrichtungen nur zu dem Zweck in Erwägung ziehen, daß diese
Sicherheitsfunktion gewährleistet wird.
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Die mit diesen bekannten Vorrichtungen untrennbar verbundenen
Nachteile haben somit die Anmelderin veranlaßt, ein neues
Sicherheitsverfahren zur Verhinderung eines Rückstroms für
Wasserheizungen und Gasbrenner weiterzuentwickeln, welches
sich sehr viel einfacher realisieren läßt, da hierbei nur ein
einziger Temperaturfühler zum Einsatz kommt, der im Rückstrom
der Abgabe angeordnet ist.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Sicherheitsumschaltung bei Wasserheizungen und
atmosphärische Gasbrennern während eines Rückstroms der
Verbrennungsprodukte zu entwickeln, bei welchem nur ein einziger, im
Rückstrom der Abgabe angeordneter Temperaturfühler zum
Einsatz kommt, welches sich dadurch auszeichnet, daß es darin
besteht, die Meßwerte der Temperaturschwankung des Meßfühlers
gegenüber der Zeit und gleichzeitig den augenblicklichen
Temperaturmeßwert der rückströmenden Abgase in Verbindung mit
der Messung der Brennerbelastung so auszuwerten, daß die
Sicherung erst dann erfolgt, wenn der gemessene Temperaturwert
über einem entsprechend der Leistung bestimmten Schwellwert
liegt.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der
nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, in welcher
auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen wird, in
welcher:
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Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch das Gerät in
Normalfunktion zeigt,
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Fig. 2 in derselben Ansicht den Rückstrom der
Verbrennungsprodukte darstellt;
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Fig. 3 eine graphische Darstellung der
Temperaturschwankung des Temperaturfühlers während des Rückstroms
der Verbrennungsprodukte ist, und
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Fig. 4 schematisch die Sicherheitsumschaltung des Geräts
während eines Betriebs mit geringer Leistung
darstellt.
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In Fig. 1 ist teilweise ein Heizkessel mit einem Brenner 1,
einem Heizkörper 2 mit beheiztem Mantel dargestellt, über dem
ein Gehäuse eines Zugbegrenzers 3 und eine
Rauchgasabzugsleitung 4 angeordnet sind. Das Gehäuse des Zugbegrenzers ist
in an sich bekannter Weise mit seitlichen Lufteintritten 5
und Leitblechen 6 über diesen Lufteintritten versehen.
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Somit wird ein Temperaturfühler 7 im oberen Abschnitt eines
Leitblechs 6, also in einem Bereich angeordnet, in dem Luft
im Normalbetrieb eintritt, der durch die Pfeile 8 angedeutet
ist. Die Verbrennungsprodukte bzw. Rauchgase werden vom
Heizkörper 2 zur Abzugsleitung 4 hin abgezogen, wie dies mit den
Pfeilen 9 eingezeichnet ist.
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Im Falle eines Rückstroms bzw. einer Stauung, einer
unzureichenden Zugwirkung oder eines Verschlusses der Leitung 4
werden die Rauchgas zu den Lufteinlässen 5 des
Zugbegrenzergehäuses hin zurückgestaut, und aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß
sie den Temperaturfühler 7 umstreichen. Der Fühler, der sich
somit abrupt in diesem heißen Strom befindet, erfährt eine
Temperaturänderung, welche den Rückstrom der
Verbrennungsprodukte in den Innenraum widerspiegelt, wie dies mit der Kurve
in Fig. 3 dargestellt ist. Diese veranschaulicht die
Veränderung der Temperatur T des Fühlers in Abhängigkeit von der
Betriebszeit 5 des Geräts.
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Ab einem Zusetzen bzw. Verschluß in einem Augenblick to
steigt die Temperatur T rasch an und stabilisiert sich dann
auf einem Höchstwert.
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Das Verfahren besteht darin, dieser Messung der Temperatur T
der Rauchgase mittels des Temperaturfühlers eine Information
über die Leistung des Brenners im Belastungszustand
zuzuordnen. Die Sicherheitsumschaltung des Geräts findet nur dann
statt, wenn der Temperaturfühler eine rasche
Temperaturveränderung erfaßt hat und wenn der gemessene Wert dieser
Temperaturänderung über einem Schwellwert T&sub1; liegt, der einem
Betrieb des Geräts mit geringer Leistung entspricht, bzw.
über einem Schwellwert T&sub2;, der für einen Betrieb mit hoher
Leistung gilt, oder einem dazwischen liegenden Schwellwert
für eine dazwischenliegende Leistungsstufe.
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Der Schwellwert zwischen T&sub1; und T&sub2; ist linear von der
Brennerbelastung und somit von der Leistung des Geräts abhängig.
Er stellt sich automatisch in Abhängigkeit von der
augenblicklichen Leistung des Geräts ein.
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Die schematische Darstellung in Fig. 4 zeigt, daß ein Befehl
zur Sicherheitsumschaltung, der am Eingang ET eingeht, auf
die Temperaturschwankung dT/dt eingeregelt wird, die im Fall
eines Betriebs mit geringer Leistung mehr als 0,5º pro
Sekunde betragen oder gleich diesem Wert sein könnte, und
ebenso bei der Bestimmung der Temperatur T, die mindestens gleich
der Temperatur T&sub1; sein muß. Im Falle des Betriebs mit großer
Leistung besteht der einzige Unterschied darin, daß die
Temperatur T mindestens gleich der Temperatur T&sub2; sein muß.
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In Fig. 4 sind mit dem Bezugszeichen 10 eine Ableitung und
mit dem Bezugszeichen 11 ein Vergleicher mit Hysterese
eingezeichnet. Auf dem anderen Schaltungszweig gibt das
Bezugszeichen 11 den Vergleich eines Temperaturwertes mit dem
Schwellwert T zur Abschaltung an. Nach dem Ausgang ET stellt das
Bezugszeichen 13 die Freigabe eines Zündvorgangs mit
nachfolgender Sperre 14 zur Freigabe der Zündanforderung 15 hin
dar.
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Wenn der Fühler eine Temperaturveränderung um mehr als 0,5º
pro Sekunde erfaßt, hat die Temperatur im allgemeinen noch
nicht den Schwellwert T zur Abschaltung erreicht. Wenn die
Temperatur des Fühlers nämlich den Schwellwert zur
Abschaltung überschreitet, liegt die Veränderung dT/dt bzw. die
Steilheit nur im Bereich von 0,1º pro Sekunde. Somit darf
nicht übersehen werden, daß in einem bestimmten Augenblick
eine rasche Temperaturveränderung erfaßt wurde.
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Dies wird mit Hilfe eines Vergleichers 11 mit Hysterese
realisiert, der auf 1 schaltet, wenn die Veränderung dT/dt
größer ist als 0,5º pro Sekunde, und der sich dann auf 0
umstellt, wenn dT/dt einen Wert annimmt, der unter -0,2º pro
Sekunde liegt. Wenn nämlich dT/dt über dem Wert von -0,2º
pro Sekunde bleibt, so bedeutet dies, daß der
Verschlußzustand anhält und daß das Gerät abgeschaltet werden muß. Wenn
dagegen dT/dt unter dem Wert von -0,2º pro Sekunde bleibt,
bedeutet das, daß der Verschlußzustand vorübergehend
vorgelegen hat und daß eine Sicherheitsumschaltung des Geräts
nicht erforderlich ist. Diese Abspeicherung übernimmt auch
die Aufgabe einer Verzögerungsfunktion, da sie dem
Temperaturfühler Zeit läßt, den Schwellwert T der Temperatur zu
erreichen.
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Diese Lösung bietet den enormen Vorteil, daß sie sich von der
Elektronik her bei jeder Zündanforderung des Brenners leicht
und umgehend nachprüfen läßt.
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Das neue Verfahren erweist sich gegenüber Schornsteinen und
Feuerstellen tolerant, die im kalten Zustand schlecht ziehen.
Um den Betrieb des Geräts zu unterbinden, ist nämlich eine
rasche Veränderung der Temperatur dT/dt erforderlich. Der
Schwellwert dT/dt ist so eingestellt, daß genug zeigt bleibt,
damit sich der Wärmezug aufbauen kann.