DE1454373B2 - Vorrichtung zur regelung von waermetechnischen in sich ge schlossenen kreislaeufen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Rege- Anlage ein Schwingen der zahlreichen hintereinander

lung von wärmetechnischen, in sich geschlossenen geschalteten Regler, was diese unwirksam machen

Kreisläufen mittels eines vier Anschlüsse für das würde, auszuschalten, ist vorgesehen, daß der in der

Strömungsmittel aufweisenden Leitorgans. Vorlaufanschlußleitung angeordnete Regler, der als

Als Leitorgane für derartige Vorrichtungen sind 5 Druckbegrenzer dient, seinen Impuls vom Druck sogenannte Vierwege-Mischer in Warmwasserheizun- der Hausanlage und der Regler in der Rücklaufgen bekannt. Die Mischeinrichtung verbindet bei anschlußleitung, der den Differenzdruck und somit derartigen Vorrichtungen den den Heizkessel ein- die durchfließende Wassermenge regelt, seinen Imschließenden Kreislauf mit dem das Rohrnetz um- puls entweder aus dem Differenzdruck einer Drossel fassenden Kreislauf. Die Mischeinrichtung weist io oder dem Differenzdruck zwischen Vor- und Rückeinen Drehschieber und vier Anschlüsse auf, wobei laufanschlußleitung entnimmt. Der unmittelbare der Kesselvorlauf und der Kesselrücklauf sowie der Anschluß der Hausanlage an den Wärmeerzeuger Heizungsverlauf und der Heizungsrücklauf jeweils — d. h. das Fortlassen von Wärmetauschern für jede nebeneinanderliegen. Durch den Drehschieber wer- Hausanlage — bedingt bei dieser Anordnung ebenden die ankommenden Wassermengen des Kessel- 15 falls einen erheblichen schaltungstechnischen Aufvorlaufs und des Heizungsrücklaufs aufgeteilt. Die wand.

Wärmeregelung erfolgt hierbei, indem die Tempe- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ratur der umlaufenden Wassermenge durch Bei- vereinfachte Vorrichtung der eingangs genannten mischung verändert wird. Für ein Einzelhaus mag Gattung zu schaffen. Dabei soll der Hauptkreis von diese Anordnung vorteilhaft sein. Werden jedoch 20 Einflüssen der Nebenkreise weitgehend befreit wervon einem Wärmeerzeuger aus mehrere Anlagen den, damit die Umwälzpumpe des Hauptkreises betrieben, so ist eine entsprechende Anzahl an unabhängig von der Wärmeabgabe in den Neben-Mischeinrichtungen erforderlich, die auf Grund der kreisen auf konstante Förderwerte, insbesondere auf ihnen eigenen Drosselverluste eine wesentliche Ver- einen konstanten Drosselwiderstand im Hauptkreis, größerung der Kesselspeisepumpe erforderlich 25 ausgelegt sein kann. Außerdem soll eine Mischmachen. Ferner muß die Kesselspeisepumpe so stark einrichtung geschaffen werden, die in einem Element ausgelegt sein, daß sie trotz des ständig schwanken- mehrere Funktionen zur Regelung der Wärmeabgabe den Wärmebedarfs in den einzelnen Heizungskreisen vereinigt und neben einer verbesserten Beimischung dort die vorgesehene Wärmeabgabe sicherstellt. das Auftreten von Druckstößen beim Schalten vom

Die schwankende Belastung der Kesselspeise- 30 Hauptsystem fernhalten soll.

pumpe liegt auch bei einer weiterhin bekannten Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfin-

Fernheizungsanlage vor, bei der an den Heizungs- dung vorgeschlagen, daß die Anschlüsse an einem

kreislauf mehrere Hausanlagen ohne Verwendung Rohrleitungsring unter Einschluß gleich bemessener

von Wärmetauschern angeschlossen sind. Das Haus- und strömungstechnisch gleichwertiger Wege am

netz besteht bei dieser bekannten Anordnung aus 35 Umfang des Ringes angeordnet sowie zwei benach-

einem geschlossenen Kreislauf mit einer Umwälz- barte Anschlüsse als Zulaufe und die beiden anderen

pumpe, auf deren Saugseite sich eine Rücklauf- als Abläufe vorgesehen sind, und die Wege und/oder

wasser-Beimischleitung befindet, an die — in Strö- die angeschlossenen Kreisläufe Regelorgane und ge-

mungsrichtung betrachtet — zunächst die zum gebenenfalls Fühlorgane aufweisen.

Hauptstrang führende Rücklauf anschlußleitung und 40 Die Zusammenfassung des Rohrleitungsringes zu

dann die vom Hauptstrang kommende Vorlauf- einem kompakten Gerät kann gemäß einem weiteren

anschlußleitung angeschlossen sind. Die Vorlauf- Merkmal der Erfindung dadurch erfolgen, daß der

anschlußleitung weist ein durch den Wärmebedarf Leitungsring als symmetrischer Rohrkreis mit glei-

in der Hausanlage geregeltes Ventil sowie ein Rohr- chen Kreisringabschnitten ausgebildet ist.

bruchventil auf. Die Rücklaufanschlußleitung ist mit 45 Für eine Fernheizungsanlage mit mehreren unmit-

einem Überströmventil versehen. Diese Organe der telbar angeschlossenen Hausanlagen ist gemäß einem

einzelnen Hausanlagen üben einen sich ständig weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, daß ein

ändernden Einfluß auf das Hauptsystem aus und eine Pumpe aufweisender Hauptkreis über einen

erschweren damit neben den bereits erwähnten Zulauf an den Rohrkreis angeschlossen ist, zwischen

Drosselverlusten eine konstante Wärmeabgabe durch 50 dessen Ablauf und Zulauf ein Nebenkreis mit einem

diese. Der schaltungstechnische Aufwand ist erheb- Schwerkraftumlauf, einem durch eine Pumpe betrie-

lich, da neben der Umwälzpumpe im Hauskreis das benen Umlauf od. dgl. vorgesehen ist, und der Ablauf

durch den Wärmebedarf geregelte Ventil in der mit dem Rücklauf des Hauptkreises in Verbindung

Vorlaufanschlußleitung erforderlich ist. Auch ist die steht.

Anordnung der Rücklaufwasser-Beimischleitung nicht 55 Vorteilhafterweise führt das Leitorgan gleichzeitig geeignet, schnell eine große Wärmemenge abzu- Regelaufgaben aus, indem ein als Regelglied ausgeben, vielmehr ist sie für den gleichmäßigen Dauer- gebildeter Rohrkreis zwei sich gegenüberliegende, betrieb ausgelegt. in den Rohrquerschnitt hinein verstellbare Schieber

Derartige Anlagen sind auch ohne die Verwen- aufweist, die durch einen in der Mitte des Rohrdung einer Umwälzpumpe in dem Hauskreislauf be- 60 kreises gelegenen, vom Strömungsmittel beaufschlagkannt. Auch hierbei sind in der Vorlaufanschluß- ten Thermostaten steuerbar sind,
leitung vom Druck der Hausanlage gesteuerte und Die Kreisringabschnitte des Rohrkreises können als Druckbegrenzer wirkende Regeleinrichtungen einander jeweils gegenüberliegende Fühlorgane zur angeordnet, während in der Rücklaufanschlußleitung Messung der Strömungsrichtung, -geschwindigkeit eine vom Differenzdruck der Hausanlage oder von 65 und/oder des Druckes aufweisen, deren Meßwerte einer Drossel in der Rücklaufanschlußleitung ge- zur Steuerung der Stellglieder dienen,
steuerte Regeleinrichtung zum Gleichhalten der Bei diesen verschiedenen Anordnungen ist der Wassermenge vorgesehen ist. Um bei einer derartigen Vorteil erreicht, daß das Zu- und Abschalten bzw.

Regeln der Nebenkreisläufe die Strömung im Hauptkreislauf nicht beeinträchtigt, so daß sich die Nebenkreisläufe auch nicht gegenseitig beeinflussen. Durch die Betätigung des Drosselventils oder der Umwälzpumpe im Nebenkreis liefert dieser praktisch verzögerungsfrei die gewünschte Wärmeabgabe.

Das erfindungsgemäße Leitorgan ist auch bei Kühlwasserkreisläufen von Verbrennungskraftmaschinen vorteilhaft einsetzbar. 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 führt, so daß nicht die gesamte Kühlwassermenge durch den Kühler gepumpt werden kann. Andererseits sind die bekannten Thermostate sehr störungsanfällig und stellen auch insofern keine befriedigende Lösung dar. Die erfindungsgemäße Vorrichtung findet hierbei in der Weise Anwendung, daß der Vorlauf eines Kühlwasserkreislaufes einer Verbrennungskraftmaschine als Hauptkreis an den Zulauf des Leitorgans und der Rücklauf über eine Pumpe an dessen Ablauf und der Kühler im Nebenkreis zwischen dessen Ablauf und dessen Zulauf geschaltet ist, wobei zwei sich gegenüberliegende, in den Rohrquerschnitt hinein verstellbare Schieber in der oben beschriebenen Weise in dem Leitorgan vorgesehen sind und durch einen vom Strömungsmittel beaufschlagten Thermostaten gesteuert werden.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben, die an Hand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 den Hauptkreis einer Fernheizung mit mehreren Nebenkreisen,

Fig. 2 einen Rohrleitungsring mit eingebauten Widerständen zur Regelung der Strömung im Nebenkreis,

F i g. 3 ein gleichzeitig als Meßwertgeber ausgebildetes Leitorgan im Schnitt,

F i g. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines als Stellglied ausgebildeten Leitorgans im Schnitt und

F i g. 5 ein Stellglied gemäß F i g. 4 in Verbindung mit dem Kühlwasserkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine.

Zwischen einem Vorlauf 11 und einem Rücklauf 12 eines Hauptkreises G_s ist gemäß F i g. 1 ein Rohrleitungsring 10 vorgesehen. Der Hauptkreislauf G_s erhält die Wärmeenergie von einem Wärmeerzeuger, wie beispielsweise einem Fernheizwerk 13. Für den Strömungsmittelumlauf ist eine Umwälzpumpe 14 vorgesehen. Der Rohrleitungsring 10 steht unter Zwischenschaltung eines Vorwiderstandes 15 zur Aufrechterhaltung der Druckdifferenz im Vorlauf 11 und Rücklauf 12 über einen Zulauf α mit dem Vorlauf 11 in Verbindung. Von α ausgehend verzweigt sich die Strömung in zwei Teilströme G₁ und G₂, die auf einen Ablauf c bzw. einen Zulauf d des Rohrleitungsringes 10 gerichtet sind. Beim Ablauf b ist der Leitungsring vollkommen geschlossen und steht mit dem Rücklauf 12 des Hauptkreises in Verbindung. Die Leitungswege zwischen den Anschlußpunkten sind vollkom- men identisch bemessen und strömungsmäßig gleichwertig ausgelegt. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß bei NichtVorhandensein jeglicher Einbauten in dem Leitungsring 10 die Teilströme G₁ und G₂ vollkommen gleich sind, was deshalb auch für den Druck an den Anschlüssen c und d zutrifft. Vorteilhafterweise ist der Leitungsring als symmetrischer Rohrkreis 30 mit gleichen Kreisringabschnitten ausgebildet. Es können jedoch auch in einzelnen Wegen Blenden, Drosseln od. dgl. vorgesehen sein, um so die strömungstechnischen Voraussetzungen einzuhalten.

Zwischen den Punkten c und d sind ein oder mehrere Nebenkreise G vorgesehen, die einen oder mehrere Wärmeverbraucher 20 speisen. Hierzu ist an den Leitungsring 10 bei c ein Vorlauf 21 angeschlossen, der geodätisch betrachtet an einer höhergelegenen Stelle in den Verbraucher 20 mündet als ein Rücklauf 22, der zu dem Zulauf d führt.

In dem Hauptkreis G_s herrscht zwischen Vorlauf 11 und Rücklauf 12 eine relativ hohe Druckdifferenz von beispielsweise 1 bis 3 at, die für den Transport des Wärmeträgers über weite Strecken erforderlich ist, jedoch für die Nebenkreise G zu hoch liegt. Der Vorwiderstand 15 setzt deshalb den Druck für den Leitungsring 10 und den Nebenkreis G auf die für diesen erforderliche Druckdifferenz herab. Auf Grund der Gleichgewichtsverhältnisse im Rohrleitungsring 10 tritt bei Inbetriebnahme der Anlage in den Nebenkreisen keine Wasserströmung auf. Die Pumpe 14 im Hauptkreis braucht deshalb nur für den Transport des Wärmeträgers in diesem Hauptkreis ausgelegt zu werden.

Die über den Leitungsring 10 mit dem Hauptkreis G_s in Verbindung stehenden Nebenkreise G können einen Schwerkraftumlauf, einen durch eine Pumpe 24 betriebenen Umlauf od. dgl. aufweisen. Bei der Ausführung unter Verwendung einer Pumpe 24 (F i g. 1) können die Leitungen 21, 22 unter Zwischenschaltung je eines Etagenbogens unterhalb des Rohrleitungsringes 10 bei c und d an diesen angeschlossen sein. Dadurch wird, insbesondere bei Verbrauchern 20, die höher als der Ring 10 liegen, verhindert, daß bei Stillstand der Pumpe 24 auf Grund der Thermosyphonwirkung ein Wärmeaustausch zwischen dem Ring 10 und dem abgeschalteten Verbraucher 20 eintritt. Im Falle des Schwerkraftumlaufes stellt sich die Strömung dadurch ein, daß der Vorlauf 21 an einer gegenüber dem Rücklauf 22 geodätisch höher 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 α 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 Festwiderstände sein oder verändert werden. Durch ihre Wahl bzw. Einstellung wird die durch den Abnehmerkreis G fließende Wassermenge bestimmt. Werden die Widerstände 16 und 17 unendlich groß gewählt, so wird G₂ gleich Null, und das gesamte Strömungsmittel G_s tritt gemäß F i g. 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 Verschlußmittel des Widerstandes bzw. des Absperrorgans 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 Vorrichtung erzielten Vorteile besonders deutlich. Die Absperrung erfolgt nämlich stets drucklos und unabhängig von 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 einzelnen Abnehmerkreise untereinander tritt nicht ein.

Wie bereits im Zusammenhang mit F i g. 2 dargelegt, können in den Ringabschnitten a-d und c-b veränderbare Widerstände vorgesehen sein. Diese bestehen gemäß F i g. 4 aus Schiebern 35, die in Ringkanäle 36 eines rohrkreisförmigen Leitorgans 30 einführbar sind. Die einander gegenüberliegenden Schieber 35 werden durch einen Thermostaten 37 gesteuert. Der Thermostat 37 befindet sich in einem Innenraum 38, der im Bereich des Zulaufes α und des Ablaufes c Schlitze 39 aufweist. Diese Schlitze stellen sicher, daß das von dem Hauptkreis zugeführte Strömungsmittel den Thermostaten 37 beaufschlagt und so in Abhängigkeit von der Temperatur regelt. Die Ringkanalabschnitte 36 sind vorzugsweise flachrechteckig ausgebildet, so daß 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.

Sind in den Kreisringabschnitten des symmetrischen Rohrkreises JO, 30 keine Widerstände vorgesehen, so kann der Rohrkreis als Meßwertgeber ausgelegt sein. Dabei sind vorzugsweise im Haupt- und Nebenkreis je eine Umwälzpumpe vorgesehen. Der Rohrkreis 30 weist gemäß F i g. 3 einander jeweils gegenüberliegende Fühlorgane zur Messung der Strömungsric'htung, -geschwindigkeit, des Druckes od. dgl. auf. Diese können aus Druckmeßöffnungen bestehen, oder es ist ein zylindrisches Gehäuse 50 vorgesehen, in dem ein zylindrischer, geschlossener Körper 51 mit zwei einander gegenüberliegenden Ansätzen 52 drehbar gelagert ist. Die Drehung des Körpers 51 ist nach außen magnetisch, elektromagnetisch, mechanisch oder in sonstiger Weise übertragbar.

Die Meßwerte dienen zur Steuerung der als Stellglieder ausgebildeten Pumpen und können optisch oder durch Schreiber registriert werden. Versuche haben gezeigt, daß durch die Kupplung des Hauptkreises G_s mit dem Nebenkreis G eine weitestgehende Mengenregelung bzw. auf die von dem Heizkörper abgegebene Wärme bezogene Temperaturregelung möglich ist. Bei gleicher Förderleistung der Pumpen 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 G_s zur Verbraucherstromstärke G ist durch die Pumpen regelbar und verhält sich entsprechend den in F i g. 3 angegebenen Beziehungen. Bei einer Umkehr der Strömungsrichtung von G_s oder G oder von G_s und G wandert die Nullinie in den III. oder L, oder den IV. Quadranten.

In F i g. 5 ist ein Ausführungsbeispiel für den Einbau eines Steuerorgans gemäß F i g. 4 in dem Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors 41 wiedergegeben. Der Kühlwasserkreislauf besteht aus einem Vorlauf 42, der bei α in das Leitorgan 30 mündet, und einem Rücklauf 43, der vom Ablauf b zur Umwälzpumpe 44 führt. Parallel zum Leitorgan 30 ist in bekannter Weise ein Heizkörper 45 vorgesehen. Ein Kühler 46 liegt in einem Nebenkreis zwischen den Anschlußpunkten c und d.

Beim Füllen der Anlage mit Kühlwasser befindet sich in den Leitungen kein Widerstand, da die Schieber 35 eingezogen sind. Dieser Zustand herrscht auch beim Anfahren des Motors, der sich schnell erwärmt, da der Kühler 46 infolge der eingezogenen Stellung der Schieber 35 abgeschaltet ist. Lediglich der Heizkörper 45 wird von dem sich schnell erwärmenden Kühlwasser beaufschlagt. Bei einer bestimmten Temperatur setzt die Tätigkeit des Thermostaten 37 ein, was eine Beaufschlagung des Kühlers 46 zur Folge hat. Der von dem Strömungsmittel des Hauptkreises G_s 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 Kühler 46. Bei großer Kühllast kann die gesamte Kühlwassermenge durch den Kühler geleitet werden.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Regelung von wärmetechnischen, in sich geschlossenen Kreisläufen mittels eines vier Anschlüsse für das Strömungsmittel aufweisenden Leitorgans, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (a bis d) an einem Rohrleitungsring (10) unter Einschluß gleich bemessener und strömungstechnisch gleichwertiger Wege am Umfang des Ringes angeordnet sowie zwei benachbarte Anschlüsse als Zuläufe (a, d) und die beiden anderen als Abläufe (b, c) vorgesehen sind und die Wege und/oder die angeschlossenen Kreisläufe Regelorgane und gegebenenfalls Fühlorgane aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsring als symmetrischer Ro'hrkreis mit gleichen Kreisringabschnitten ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein eine Pumpe aufweisender Hauptkreis (G_s) über einen Zulauf (a) an den Rohrkreis (10) angeschlossen ist, zwischen dessen Ablauf (c) und Zulauf (d) ein Nebenkreis (G) mit einem Schwerkraftumlauf, einem durch eine Pumpe betriebenen Umlauf od. dgl. vorgesehen ist, und der Ablauf (b) mit dem Rücklauf des Hauptkreises in Verbindung steht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenkreis bei Schwerkraftumlauf ein Drosselventil (23) aufweist und der Vorlauf in an sich bekannter Weise an einer gegenüber dem Rücklauf geodätisch höher gelegenen Stelle in den Verbraucher mündet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein als Regelglied ausgebildeter Rohrkreis (30) zwei sich gegenüberliegende, in den Rohrquerschnitt hinein verstellbare Schieber (35) aufweist, die durch einen in der Mitte des Rohrkreises gelegenen, vom Strömungsmittel beaufschlagten Thermostaten (37) steuerbar sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisringabschnitte des Rohrkreises (10, 30) einander jeweils gegenüberliegende Fühlorgane zur Messung

der Strömungsrichtung, -geschwindigkeit und/oder des Druckes aufweisen, deren Meßwerte zur Steuerung der Stellglieder dienen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Strömungsmessung der Rohrkreis (30) aus einem zylindrischen Gehäuse (50) besteht, in dem ein drehbar gelagerter, zylindrischer, geschlossener Körper mit zwei einander gegenüberliegenden Ansätzen (52) vorgesehen ist, dessen Drehung nach außen magnetisch, elektromagnetisch, mechanisch oder in sonstiger Weise übertragbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorlauf eines Kühlwasserkreislaufes einer Verbrennungskraftmaschine (41) als Hauptkreis an den Zulauf (α) des Leitorgans (30) und der Rücklauf über eine Pumpe (44) an dessen Ablauf (b) angeschlossen und der Kühler (46) im Nebenkreis zwischen dessen Ablauf (c) und dessen Zulauf (d) geschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 109 534/140