Vorrichtung zur Regelung von wärmetechnischen, in sich beschlossenen
Kreisläufen Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die bei warmasserheizungen,
insbesondere Fernheizungen, im Kühlwasserkreislauf von Verbrennungskraftmaschinen
od.dgl. Anwendung findet. Bei Fernheizungsanlagen ist stets ein Hauptkreislauf vorhanden,
von dem eine Vielzahl Nebenkreisläufe abgezweigt sind. Hierbei ergibt sich das Problem,
die Anlage so auszulegen, daß die für den Hauptkreislauf erforderliche Pumpenenergie
weitgehend unabhängig von den Nebenkreisläufen aijsgelegt werden kann. ',Ferner
ist zu berücksichtigen, daB bei einer derartigen Anlage sich ständig ändernde Betriebsverhältnisse
vorliegen und die Pumpe des-
halb für den ungünstigsten Betriebsfall ausgelegt
werden mu8. Die hierfür bekannten Steuerorgane sind sehr aufwendig, ohne daß eine
befriedigende Lösung,beispielaweise eine vollkommene Absch--altung eines Nebenkreislaufs,möglich
wäre. Die Regelbarkeit der Nebenkreisläufe ist nicht zufriedenstellend. Der Druckverlust
an den Nebenkreisläufen auch bei abgeschalteten Heizkörpern ist erheblich und muß
zusätzlich durch die Hh!uptspeisepumpe kompensiert werden.
Bei Kühlwasserkreisläufen
von Verbrennungskraftmasehinen treten ähnliche Probleme auf.
Der Kühler liegt
bei bekannten Ausführungen stets im Hauptkreislauf mit dem Motor, und es ist ferner
ein Thermostat vorgesehen, von dem aus eine Nebenschlußleitung direkt zum Motor
zurückführt. Aus Sioherheitsgründen und wegen der besonderen Vorschriften, die beim
Püllen der Anlage beachtet werden müssen, ist ein vollkommenes Stillnetzen des Kühlers
nicht möglich. Andererseits sind die bekannten Thermostaten sehr störungsanfällig
und stellen auch insofern keine befriedigende Lösung dar. Soll eine Uhlwasseranlage
für ein Kraftfahrzeug zusätzlich von außen her geregelt
werden, so müssen
hierzu besondere Steuerorgane vorgesehen werden. Der vorliegenden Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, eine besonders einfache Vorrichtung zu schaffen, die me8-und
regeltechnisch besonders genau arbeitet und in einem Element Punktionen zusammenfapt,
wofür bisher mehrere Organe und ein erheblicher Schaltungsaufwand erforderlich waren.
Erfindungsgemäß wird dieses erreicht, indem ein Rohrleitungsring vier Anschlüsse
für das Strömungsmittel aufweist, die unter Einschluß gleichbemessener und strömungstechnisch
gleichwertiger Wege am Umfang des Ringes angeordnet sind und von denen zwei benachbarte
Anschlüsse als Zuläufe rund die beiden anderon als Abläufe vorgesehen sind® und
die Wege und/oder die angeschlossenen Kreisläufe miteinander zusammenwirkende Fühl-
und/oder Regelorgc-,ne aufweisen.
| Die Zusammenfassung in einem Gerät kann erfindungsgezel. |
| dadu@ 2h, erfolgen, daß der Leitunp:s--Lag als symraetr°iF@% |
| Rcbü@@®Zs mit gleichen eisringbrchn.°@@:n. su.se@ l@_°@"@ |
| ist g 210 die .ähl® und/Oderege«<@ni.@ |
Hei strömungstechnischen Kreisläufen ist gemäß einem weiteren Merkmal
der Erfindung eine Vorrichtung vorgesehen, bei der ein eine Pumpe aufweisender Hauptreis
über einen Zulauf an den Rohrkreis angeschlossen ist, zwischen dessen Ablauf und
Zulauf ein Nebenkreis mit einem Schwerkraftum-
lauf, einem durch eine Pumpe
betriebenen Umlauf od.dgl. vorgesehen ist, und der Ablauf mit dem Rücklauf des Haupt-
kreises
in Verbindung steht. Zum Erzielen einer gleichmäßigen Wärme-abgabe kann der Rohrkreis
direkt als Steuerorgan ausgebildet sein, wobei der
Rohrkreis einen
in gegenüberliegenden Kreisringabschnitten
verstellbaren Drehschieber aufweist,
der eine Richtungsänderung in dem Nebenkreis bewirkt und von außen durch
einen Stellmotor, von Hand od.dgl. zu betätigen ist. Als Steuerorgan kann
der Rohrkreis ebenfalls ausgebildet sein, indem er zwei sich gegenüberliegende,
in den Rohrquerschnitt hinein verstellbare Schieber aufweist, die durch
einen in der Mitte des Rohrkreises gelegenen vorzugs-
weise unmittelbar
vom Strömungsmittel beaufschlagten Thermostaten steuerbar sind. Die Kreisringabaohnitte
des Rohrkreises können einander jeweils gegenüberliegende Fühlorgane zur Messung
der Strömungsrichtung, -gesohwindigkeit, des Druckes od.dgl.
aufweisen, deren
Meßwerte zur Steuerung der Stellorgane ,auf
diese übertragbar und/oder unmittelbar
registrierbar sind. In einem geschlossenen Regelkreis ist an einen Nullregler als
Bingang für die Regelgröße ein Thermofühler angeschlossen und das Pühlorgan des
Rohrkreises löst die Rückführung für den elektrischen Nullregler aus, dessen Ausgang
ein Motorventil, die Pumpe, den Schieber od.dgl, steuert.
In der
Zeichnung und in der nachfolgenden Beschreibung sind Ausführungsbeispiele für die
erfindungsgemäße Vorrichtung wiedergegeben.
Es zeigen: den Hauptkreis einer
Fernheizung mit mehreren Nebenkreisen, Fig. 2 einen Rohrleitungsring mit eingebauten
Widerständen zur Regelung der Strömung im Nebenkreis, Fig. 3 einen als Steuerorgan
ausgebildeten Rohrkreis im Schnitt, Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
als Steuerorgan ausgebildeten Rohrkreises im Schnitt, Fig. 5 ein Steuerorgan gemäß
Fig. 4 in Verbindung mit dem Kühlwasserkreislauf einer Verbrennuhgskraftmaschine,
und Fig. b einen als Meßfühler ausgebildeten Rohrkreis. Zwischen einem Vorlauf 11
und einem Rücklauf 12 eines Hauptkreises Ga ist gemäß Fig. 1 ein Rohrleitungsring
10 vorgesehen. Der Hauptkreislauf Ga erhält die Wärmeenergie von einem Wärmeerzeuger,
wie beispieloweise einem Fernheizwerk 13. mir den Strömungsmittelumlauf ist eine
Umwälzpumpe 14 vorgesehen. Des gohrleitungsring 10 steht vorzugsweise unter Zwischenschaltung
eines Vorwideratandes 15 über einen Zulauf a mit dem Vorlauf 11 in Verbindung. Von
a ausgehend verzweigt sich die Strömung in zwei Teilströme G1 und Q2, die auf einen
Ablauf e bzw. einen Zulauf d des Rohrleitungsringes 10 berichtet sind.Beim Ablauf
b ist der Leitungsring vollkommen geschlossen und steht mit dem Rücklauf 12 des
Hauptkreises in Verbindung. Die Leitungs-
wage zwischen den
Anschlußpunkten
sind vollkommen
identisch
bemessen und strömungsmäßig
gleichwertig
ausgelegt. Auf
diese Weise ist sichergestellt, daß
bei Nichtvorhanden-
sein jeglicher Einbauten in
dem Zeitungsring
10 die Teilströme
G1 und
G2 vollkommen
gleich sind,
was deshalb
auch
für
den Druck an den Anschlüssen
c und d zutrifft. Sollte
es nicht möglich
sein, einen vollkommen
symmetrischen Ring herzustellen,
so können in einzelnen
Wegen Blenden,
Drosseln
od. dgl. vorgesehen sein, um
so die strömungstechnischen Voraussetzungen
einten.
Zwischen den Punkten
c und
d sind ein
oder mehrere
Nebenkreise
G vorgesehen, die einen
oder mehrere Wärmeverbraucher
20
speisen. Hierzu
ist an
den Zeitungsring
10 bei-c
ein Vorlauf
21 angeschlossen,
der geodätisch betrachtet an einer höäergelegenen
Stelle in
den Verbraucher 20 mündet
als
ein Zicklauf 22,
der zudem Zulauf d führt. In dem Rauptkreis Ge herrscht
zwischen Vorlauf
11 und Racklauf
12 eine
relativ hohe Druckdifferenz
von beispiels-
weise 1 bis 3 at.,
die für
den Transport
des Wärmeträgers
über weite Strecken
erforderlich ist, jedoch
für die Nebenkreise t3 $u
hoch liegt. Der Vorwiderstand
15
setzt
deshälb
den Druck für
den Leitungsring
10 und den
Nebenkreis
G auf die für
diesen erforderliche Druckdifferenz
herab. Aufgrund
der Gleichgewichtsverhältnisse
im Rohrleituagsring
10 tritt bei
Inbetriebnahme
der Anlage in
den
Nebenkreisen keine Wasserströmung
auf, södaB
durch die Anordnung gemäß
der vorliegenden Erfindung
die hierfür
er-
forderliche durch die Pumpe
14 aufzubringende
Energie eingespart wird.
Die über den Leitungsring
10 mit dem Hauptkreis
Ga
in Verbindung stehenden
Nebenkreise G können einen Schwerkraftumlauf,
einen
durch eine Pumpe
24 betriebenen Umlauf
od.dgl.
aufweisen. Bei
der Ausführung
unter Verwendung einer P=pe
24 (Fig.1)
können die Leitungen 2'1,
22 unter Zwischenschaltung
je eines Etagenbogens unterhalb
des Rohrleitungsringe,
10 bei c
und d an
diesen angeschlossen sein. Dadurch
wird, insbesondere bei
Verbrauchern 20, die höher
als der
Ring
10 liegen, verhindert=
daB
bei Stillstand
der Pumpe
24
aufgrund
der Thermosyphonwirkung
ein Wärmeaustausch
zwischen dem
Ring
10 und
dem abgeschalteten Verbraucher
20 eintritt-. Im
Falle
des Schwerkr.«tumlaufes
stellt sich
die Strömung dadurch ein, daB
der VorlaÜf
21 an einer
gegenüber
dem Rücklauf 22 geodätisch höhet
gelegenen Stelle in den Verbraucher 20
mündet,
wobei eine ständige Beschleunigung
der Strömung
im Nebenkreis
G durch
ein
Drosselventil 23 verhindert wird.
Sind
beispielsweise in
den Leitungswegen
zwischen a und
d sowie c
und
b Widerstände
16 bzw. 17
vorgesehen, so
kann
der
Nebenkreis
G frei
von Einbauten sein.
Die Widerstände
16 und 17 können
als Festwiderstände
oder veränderbar ausgelegt.seina
Durch
ihre Wahl b.w. Einstellung wird
die durch den Abnehmerkreis
G fließende Wassermenge
be-
stimmt. Werden die Widerstände
16 und 17 unendlich groß gewählt,
so wird G2
gleich Null und.
das gesamte Strömungsmittel Gs
tritt gemäß FigB
2 als G1 in"den
Nebenkreis
G
ein. Werden die Widerstände
16 und 17 ganz
aus den Wegen
herausgenommen,
so ist der Nebenkreis G abgeschaltet,
d.h.,
es findet dort keine Strömung
statt. Geht man
davon aus,
daß
bei bekannten Vorrichtungen
der behandelnden Art
die
Yerachlußmittel
des Widerstandes bzw,
des Absperrorganes zum Schließen in. die Strömung
eingebracht
werden müssen,
wobei sich vor
dem Widerstand
stets ein
höherer Druck einstellt und die Dichtwirkung von
dem Vordruck
und der
Güte
der Dichtflächen abhängt,
so werden die
durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erzielten
Vorteile besonders
deutlich. Die Absperrung erfolgt nämlich
stets drucklos und unabhängig ven
der Druckdifferenz
in den
Zuleitungen.
Auf diese Weise ist es möglich, den Druckunterschied
zwischen der Vor- und Rücklaufleitung
des Abnehmerkreises
eindeutig Null zu
machen. Eine Beeinflußung
der ei.nzelen Abnehmerkreise
untereinander
tritt nicht ein.
Der Leitungsring kann
auch gemäß fig.
3 zu einer Armatur $ueamengefaßt sein,
indem er
als symmetrischer Rohrkreis
mit gleichen Kreisringabsohnitten
ausgebildet ist. Die Vorrichtung kann dann
als Steuerorgan vorgesehen
sein, bei der
in einem Rohrkreis
30 ein in gegenüberliegenden
Ringabschnit-
ten verstellbar geführter Drehschieber
31 vorgesehen
ist.
Vorzugsweise
besteht die Vorrichtung aus einem zylindrischen Gehäuse,
in dem ein allseitig geschlossener, tellerförmiger
Körper mit.kleinerem
Durchmesser
als dem des Gehäusea
dreh-
bar gelagert
ist. An
dem Körper sind Ansätze
32 vorgesehen,.
die den
so erzeugten Ringkanal
33 vollkommen ausfüllen.
Der einen Bereich
von 3600 bestreichende Drehschieber ruft
bei geeigneten Antrieb
von außen
beispielsweise durch einen
Stellmotor, von Hand od.dgl.
eine Riohtungeänderung
der Strömung in
dem Xebehkreis.Q hervor.
Wird der Drehschieber so
eingestellt,
daß die Ansätze
32 auf den
Zulauf a und den Ab-
lauf b hinweisen,
so herrscht in dem Nebenkreis
t#-
keine Strömung.
Ist eine gleichmäßige Erwärmung
eines Heizkörpers
erwUneoht.@eo.kann
der Drehschieber
39 mit
einer sehr geringen
Drehsahl@beispieleweiee
einer viertel Umdrehung pro Minute umlaufen,
wobei in dem Nebenkreis zwischen
den Anschlüssen o
und d ständig
eine Änderung
der Strömungsrichtung
erfolgt.
Eine derartige
Vorrichtung
ist besonders dann vorteilhaft, wenn mehrere Verbraucher
in Reihe geschaltet
sind und aufgrund
der verschiedensten Bedingungen
bereits in den ersten
Heißkörpern
ein starkes Wärmegefälle
eintritt.
Wie bereits im Zusammenhang
mit ?1g.
2 dargelegt,
können
in den Ringabschnitten a-d
und o-b veränderbare Widerstände
vorgesehen sein. Diese bestehen gemäß ?ig.
4 aus
Schiebern 35, die
in Ringkanäle
36 eines rohrkreisförmigen Steuerorgans
30 einfuhrbar
sind. Die einander
gegenüber-
liegenden Schieber 35 werden durch
einen Thermostaten
37
gesteuert. Der Thermostat 37 befindet sich in
einem In-
nenraum 389
der imBereich
des Zulaufes
a und
des Ab-
laufes c Schlitze 39 aufweist. Diese
Schlitze stellen sicher, daB das von dem Hauptkreis zugeführte Strömungsmittel den
Thermostaten 37 beaufachlagt und so in Abhängigkeit von der Temperatur regelt. Die
Ringkanalabschnitte 36 sind vorzugsweise flachrechteckig ausgebildet, so de,ß der
Hubweg der Schieber 35 relativ kurz ist. :Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, den.
Stellbereich des Thermostaten in den optimalen Arbeitsbereich zwischen den Endpunkten
des Thermostaten zu legen. Bezüglich der Wahl des Thermostaten besteht größtmögliche
Freiheit, da auch der Einbau von geeigneten Übertragungselementen möglich ist. In
Pig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel für den Einbau eines Steuerorgans gemäß Pig.
4 in dem Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors 41 wiedergegeben. Der Kühlwasserkreislauf
besteht aus einem Vorlauf 42, der bei a in das Steuerorgan 30 mündet, und einem
Rücklauf 43, der vom Ablauf b zur umwälzpumpe 44 führt. Parallel rum Steuerorgan
30 ist in bekannter Weise ein Heizkörper 45 vorgesehen. Ein Kühler 46 liegt in einem
Nebenkreis zwischen den Anschlußpunkten o und d. Beim fällen der Anlage mit Kühlwasser
befindet sich in den Leitungen kein widerstand, da die Schieber 35 eingezogen sind.
Dieser Zustand herrscht auch beim Anfahren des Motor, der sich schnell erwärmt,
da der Kühler 46 infolge der eingezogenen Stellung der Schieber 35 abgeschaltet
Ist. Lediglich der Heizkörper 45 wird von dem eich schnell erwärmenden Kühlwasser
beaufachlagt. Bei einer bestimmten Temperatur setzt die.Tätigceit des Thermostaten
37 ein, was eine Beaufschlagung des Kühlers 46 zur Folge hat. Der von. dem Strömungsmittel
des Hauptkreises GB beaufschlagte Thermostat regelt in Abhängigkeit von der Temperatur
im Hauptkreis, so daß diese trotz
wechselnder Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine
41 und damit der Pumpe 44 konstant gehalten wird. Die Temperatur des Heizkörpers
45 bleibt ebenfalls konstant und ist unabhängig von den Temperaturschwankungen im
$ühler 46. Es besteht auch die Möglichkeit, einen Rohrkreis 30 ohne Einbauten zu
verwenden und im Nebenkreis G eine Pumpe vorzusehen, die in Abhängigkeit von den
Verhältnissen im Hauptkreis G, steuerbar ist. Berner ist es möglich, den Heizkörper
45 in der an Hand der Pig. 1 bis 4 beschriebenen Ausführung an den Hauptkreis Gs
anzuschließen. Auf die sich durch die Anordnung gemäß Pig. 5 insbesondere gegenüber
bekannten Anlagen ergebenden Vorteile wurde bereits in der Einleitung der Beschreibung
hingewiesen. Sind in den Kreisringabschnitten des symmetrischen Rohrkreisen 10,
30 keine Widerstände vorgesehen, so kann der erfindungsgemäße Rohrkreis als MeßfUhler
ausgelegt sein. Dabei sind vorzugsweise im Haupt- und Nebenkreis je eine Umwäl$pumpe
vorgesehen. Der. Rohrkreis 30 weistgemäß Pig. 6 einander jeweils gegenüberliegende
Pühlorgane zur Messung der Strömungsrichtung, -gesehwindigkeit, des Druckes od.dgl.
auf. Diese können aus Druckmeßöffnungen bestehen oder es ist ein zylindrisches Gehäuse
50 vorgesehen, in dem einzylindrischer, geschlossener Körper 51 mit zwei einander
gegenüberliegenden Ansätzen 52
dreh-
bar gelagert ist. Die Drehung des Körpers
51 ist nach außen magnetisch, elektromagnetisch, mechanisch oder in sonstiger Weise
übertragbar. Die Meßwerte sind zur Steuerung der als Stellorgane ausgebildeten Pumpen
auf diese übertragbar und/oder unmittelbar optisch oder durch Schreiber regi$trierbar.
Versuche haben gezeigt, das
durch die erfindungsgemäße Kupplung des Hauptkreises
Ga mit dem Nebenkreis G eine weitestgehende
Mengenregelung bzw.
auf die von dem Heizkörper abgegebene Wärme bezogen Temperaturregelung möglich ist.
Bei gleicher FörderleLtung der lumpen tritt eine vollkommene Trennung der Ströme
von a nach c und d nach b ein, so daß infolge des Gleichgewichtes der Kräfte das
Anzeigeorgan die mit der Linie 0-0 angedeutete Stellung einnimmt.. Das Verhältnis
der Speisestromstärke G8 zur Verbraucherstromstärke. G ist durch die Pumpen regelbar
und verhält sich entsprechend den in Fig. 6 angegebenen Beziehungen. Bei einer Umkehr
der Strömungsrichtung von Gs oder G oder von G, und G wandert die Nullinie in den
III. oder I., oder den IV. Quadranten: Man erhält so ein richtkraftloses 'hydraulisches
Nullinstrument. Besteht ein in sich beschlossener Kreislauf aus einem Hauptkreis
mit einer Pumpe und einem Nebenkreis mit einer Pumpe, die durch ein Nullinstrument
gemäß Pig. 6 miteinander in Verbindung stehen, so kann die. Temperatur als Regelgröße
von einem Thermotühler her einem elektrischen Nullregler als Eingang zugeführt werden.
Das als Fühlorgan ausgebildete Nullinstrument stellt als zweiten Eingang für den
Nullregler die Rückführung dar. Der Ausgang des Nullreglers steuert ein Motorventil
im Hauptkreis die Pumpe oder die Schieber 35, wenn gemäß einer besonderen Ausführung
das Nullinstrument gleichzeitig als'Steuerorgan ausgebildet ist. In diesem speziellen
Fall werden in den einzelnen Kreisen keine Pumpen benötigt und der Thermostat 37
ist durch ein entsprechendes Stellglied zu ersetzen. Der elektrische Nullregler
weist neben der Nullstellung Meabereiche zum Öffnen und Schließen des Ventils imgauptkreis
auf. Hierbei ergibt sich durch die hydraulische Rückführung der Vorteil, daß man
ihr eine beliebige Kennlinie zuordnen kann, wodurch eine größtmögliche Regelgenauigkeit
erreichbar ist. Bei bekannten thermischen RüekfUhrungen besteht der Nachteil, daß
die Kennlinie unveränderbar ist.
| Bei Vereorgungeleitungen mit großen Querschnitten und |
| großen Durohflußmengen würde die erfindungegefe Vor- |
| riohtUng einen unerwünscht hohen baulichen Aufwand er- |
| forderlich machen. Es ist deshalb möglich, parallel zu |
| einem Robrleitungsring zwischen den Anschlüssen nach
dem |
| Bebensohlußprin$ip einen Rohrkreis 30 vorzusehen, der |
| strömungemäß 1g im Zentrum des Ringes liegt und als
Keß- |
| lUhler gef fig, ,6 ausgebildet eine große Anseige-ge-- |
| nauigkeit besitzt. |
| Bei Prüfständen kann die erfindungsgemäße Vorrichtung als |
| MeßfUhler in der Art Anwendung finden, daß im Hauptkreis |
| ein Gebläse, eine Pumpe od.dgl. mit bekannter hörderkenn- |
| linie und im Nebenkreiß ein entsprechendes Gerät mit |
| unbekannter Kennlinie vorgesehen ist,-Bei
gleicher An-. |
| triebsleistung und gleichen Last$uetäaden der beiden |
| Pumpen maß die Nullinie ihre Stellung gemäß rig. 6 beibe- |
| halten, wsna das au prüfende Gerät dem Vergleichsgerät |
| vollkommen - enteprioht. Ftir die Kontrolle am
Ende des |
| tertigvuAgsablaufes stellt eine derartige Anordnung gegen,- |
| übar beiaunten Vorrichtungen, bei denen die Kennlinie |
| für Jedes Gerät gesondert aufgenommen werden mußte, eine |
| bedeutende Vereintachung-der. . |