DE19709115A1 - Differenzdruckregler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Differenzdruckregler für Fluide, insbesondere für Gase, mit einem Gehäuse, das einen Einlaß und einen Auslaß aufweist, und mit einem im Gehäuse zwischen dem Einlaß und dem Auslaß angeordneten Regelquer­ schnitt, der von einem Regelelement gesteuert wird, wobei das Regelelement mit einer in einer Kammer angeordneten Mem­ bran verbunden ist, deren eine Seite unter dem Druck des Einlasses und deren andere Seite unter dem Druck des Auslas­ ses steht.

Derartige Regler haben sich in der Praxis seit vielen Jahren bewährt. Sie dienen dazu, den Ausgangsdruck bei schwankender Entnahmemenge auf einem voreingestellten Wert zu halten. Wesentlich dabei ist, daß der Regler keines Fremdantriebs bedarf, sondern die erforderliche Energie dem Fluidstrom entnimmt. Beispielsweise kann ein solcher Regler einer Brennerbatterie vorgeschaltet werden, wobei die ein­ zelnen Brenner oder Brennergruppen in ihrer Leistung geson­ dert geregelt werden.

Ferner ist es aus der EP 0 508 164 B1 bekannt, das Brenngasgemisch in einem Mischer zu erzeugen und dort men­ genmäßig zu regeln. Dabei ist es erforderlich, jedem Ver­ braucher einen gesonderten Mischer zuzuordnen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung zu schaffen, die in der Lage ist, ein Gemisch unter vorgegebenem Druck bei variabler Entnahmemenge zu liefern.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der eingangs genannte Dif­ ferenzdruckregler erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,

• - daß das Gehäuse einen zweiten Einlaß aufweist, der un­ ter demselben Druck wie der erste Einlaß steht,
• - daß im Gehäuse zwischen dem zweiten Einlaß und dem Auslaß ein zweiter Regelquerschnitt angeordnet ist, der von einem zweiten Regelelement gesteuert wird,
• - daß das zweite Regelelement mit dem ersten Regelele­ ment verbunden ist und
• - daß die beiden Regelquerschnitte proportional zueinan­ der veränderbar und direkt benachbart zueinander angeordnet sind.

Dieser Regler erzeugt das gewünschte Gemisch und liefert es unter vorgegebenem Druck bei variabler Entnahmemenge. Der Regler eignet sich also dazu, eine Brennerbatterie zu ver­ sorgen, deren Brenner einzeln oder gruppenweise in ihrer Leistung geregelt werden. Dabei bleibt der Vorteil erhalten, daß der Regler keines Fremdantriebs bedarf, sondern die er­ forderliche Energie aus der Fluidströmung entnimmt. Die Vor­ richtung arbeitet also effizient und ist darüber hinaus ein­ fach im Aufbau und dementsprechend wirtschaftlich zu ferti­ gen.

Aufgrund der Tatsache, daß die beiden Regelquerschnitte proportional zueinander veränderbar sind und durch die ge­ meinsame Bewegung der beiden Regelelemente gesteuert werden, bleibt das vorgegebene Mischungsverhältnis über dem gesamten Regelbereich erhalten.

Ferner steht immer ein hohes Maß an Mischenergie zur Verfügung, da die beiden Regelquerschnitte direkt benachbart zueinander angeordnet sind, so daß die Mischung an der Stel­ le der größten Druckverluste stattfindet. Daraus resultiert eine sehr gute Homogenität des Gemisches, und zwar auch bei geringsten Durchflußmengen. Da an beiden Regelquerschnitten gleiche Differenzdrücke anliegen, beeinflußt eine Änderung der Durchflußmenge das Mischungsverhältnis in keiner Weise.

Die Vorrichtung nach der Erfindung eignet sich insbeson­ dere zum Mischen und Regeln von Gasströmen, kann jedoch mit gleichem Vorteil auch auf Flüssigkeitsströme angewendet wer­ den.

Vorzugsweise ist der zweite Regelquerschnitt unter Bei­ behaltung der Proportionalität zum ersten Regelquerschnitt unabhängig von letzterem verstellbar. Damit läßt sich das Mischungsverhältnis der beiden Fluidströme in beliebiger Weise ändern, ohne daß eine Anpassung des vorgegebenen Dif­ ferenzdrucks erforderlich wäre. Eine Anpassung des Mi­ schungsverhältnisses ist insbesondere in der Verbrennungs­ technik von hoher Bedeutung, wenn es gilt, die Eigenschaften des Gemisches zu verändern oder aber bei variierenden Gasbe­ schaffenheiten konstant zu halten.

Die Regelquerschnitte sind vorteilhafterweise ring- bzw. teilringförmig ausgebildet und in ihrer Höhe von den Regel­ elementen veränderbar. Dadurch wird sichergestellt, daß die gemeinsame Höhenänderung der Regelquerschnitte durch die Re­ gelelemente die Proportionalität der Regelquerschnitte und damit das Mischungsverhältnis nicht verändert.

Hierzu wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschla­ gen, daß das erste Regelelement tellerförmig ausgebildet ist und mit dem Rand einer ringförmigen Gehäuseführung zusammen­ wirkt. Der erste Regelquerschnitt bildet sich also als in seiner Höhe veränderbarer, vorzugsweise kreisförmiger Ring zwischen dem Rand der Gehäuseführung und dem tellerförmigen ersten Regelelement.

Dabei ist es ganz besonders vorteilhaft, daß das zweite Regelelement topfförmig ausgebildet und mit seinem Boden auf der der Membran abgewandten Seite des ersten Regelelements mit diesem verbunden ist, wobei es in seiner Seitenwand eine Mehrzahl von rechteckigen Öffnungen aufweist und mit seinem offenen Ende in einen Rohrabschnitt des zweiten Einlasses eintaucht, der innerhalb der Gehäuseführung eine Mehrzahl korrespondierender rechteckiger Öffnungen aufweist. Das topfförmige Regelelement paßt exakt in den Rohrabschnitt und ist in diesem verschiebbar. Beide Bauteile sind von zylin­ drischem Querschnitt, so daß die Öffnungssätze teilzylindri­ sch ausgebildet sind. Eine Betätigung des zweiten Regelele­ ments führt dazu, daß sich die Überlappungshöhe der beiden korrespondierenden Öffnungssätze und damit die Größe des zweiten Regelquerschnitts ändert. Der zweite Regelquer­ schnitt befindet sich innerhalb der Gehäuseführung und liegt damit direkt benachbart zum ersten Regelquerschnitt. Dabei bildet die Gehäuseführung eine Mischkammer, die den Misch­ vorgang fördert und zur Homogenisierung des Gemisches bei­ trägt.

Dieser Effekt kann noch dadurch gesteigert werden, daß der Rohrabschnitt des zweiten Einlasses innerhalb der Gehäu­ seführung äußere Führungsrippen trägt, die den Austrittsöff­ nungen des zweiten Regelquerschnitts zugeordnet sind und die aus den Regelquerschnitten austretenden Medien gegeneinander lenkt, so daß der Mischvorgang an der Stelle höchster Turbu­ lenz stattfindet.

Vorzugsweise ist der Rohrabschnitt des zweiten Einlasses relativ zum topfförmigen zweiten Regelelement verdrehbar. Dies ermöglicht eine sehr einfache Änderung des Mischungs­ verhältnisses. Eine Verdrehung des Rohrabschnitts ändert die Überlappungsbreite der beiden korrespondierenden Öffnungs­ sätze, ohne daß dadurch die Proportionalität des zweiten Re­ gelquerschnitts zum ersten Regelquerschnitt verloren ginge.

Die Drehbewegung des Rohrabschnitts des zweiten Einlas­ ses ist selbstverständlich äußerst einfach zu erzeugen. Dies bietet beispielsweise in der Verbrennungstechnik die Mög­ lichkeit, die Gemischzusammensetzung (Wobbeindex, Brennwert, Luftzahl) an die Gaseigenschaften des eingesetzten Brennga­ ses anzupassen und Änderungen dieser Eigenschaften automa­ tisch zu kompensieren. Hierzu bedarf es lediglich eines Sen­ sors zur Erfassung der Eigenschaften des Gemisches sowie ei­ nes von diesem Sensor gesteuerten Drehantriebs, der auf den Rohrabschnitt des zweiten Einlasses einwirkt. Soll auch hier auf den Einsatz von Fremdenergie verzichtet werden, so ist selbstverständlich eine manuelle Anpassung gleichermaßen möglich.

Vorteilhafterweise ist derjenige Rand der ringförmigen Gehäuseführung, mit dem das erste Regelelement zusammen­ wirkt, mit Abstand von einem parallel zum ersten Regelquer­ schnitt ausgerichteten ringförmigen Steg umgeben. Dies trägt der Tatsache Rechnung, daß der erste Regelquerschnitt, im Gegensatz zum zweiten Regelquerschnitt, von außen angeströmt wird, wobei der erste Regelquerschnitt in einer Kammer liegt, die einseitig vom ersten Einlaß aus angeströmt wird. Der ringförmige Steg trägt dazu bei, die Anströmverhältnisse des ersten Regelquerschnitts zu vergleichmäßigen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Aus­ führungsbeispiele in Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 einen Teilquerschnitt eines Differenzdruck­ reglers;

Fig. 2 ein Anwendungsbeispiel des Reglers;

Fig. 3 ein weiteres Anwendungsbeispiel;

Fig. 4 ein Detail einer abgewandelten Ausführungs­ form des Druckreglers.

Der Differenzdruckregler nach Fig. 1 weist ein Gehäuse 1 mit einem ersten Einlaß 2, einem zweiten Einlaß 3 und einem Auslaß 4 auf. Das Gehäuse 1 enthält eine ringförmige Gehäu­ seführung 5, deren oberer Rand mit einem ersten Regelelement 6 zusammenwirkt. Wird letzteres angehoben, so bildet sich zwischen dem oberen Rand der Gehäuseführung 5 und dem tel­ lerförmigen ersten Regelelement 6 ein erster Regelquer­ schnitt.

Auf der unteren Seite des ersten Regelelements 6 ist ein zweites, topfförmig ausgebildetes Regelelement 7 befestigt. Es weist eine Mehrzahl von rechteckigen Öffnungen 8 auf und taucht in einen Rohrabschnitt 9 ein, der seinerseits mit ei­ ner Mehrzahl korrespondierender rechteckiger Öffnungen 10 versehen ist. Der Rohrabschnitt 9 bildet einen Bestandteil des zweiten Einlasses 3. Wird das zweite Regelelement 7 an­ gehoben, so überlappen sich die Öffnungen 8 und 10 und bil­ den dabei einen zweiten Regelquerschnitt.

Die beiden Regelelemente 6 und 7 sind gemeinsam betätig­ bar, und zwar von einer Membran, die in einem Membrangehäuse 11 angeordnet ist. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, steht die Membran einerseits unter dem Druck des ersten Einlasses 2 und andererseits unter dem Druck des Auslasses 4. Ein Gleichdruckregler 12 sorgt dafür, daß der Druck im zweiten Einlaß 3 dem im ersten Einlaß 2 entspricht.

Der Differenzdruckregler ist ohne Einsatz von Fremdener­ gie in der Lage, den Druck im Auslaß 4 konstant zu halten, auch wenn sich die dort entnommene Gemischmenge ändert. Der Regler eignet sich also zur Versorgung von Brennerbatterien, deren Brenner einzeln oder gruppenweise unabhängig voneinan­ der in ihrer Leistung geregelt werden können.

Gleichzeitig wird das gewünschte Gemisch erzeugt, und zwar in einem Mischungsverhältnis, das unabhängig von der vorgewählten Druckdifferenz und unabhängig von der jeweili­ gen Durchflußmenge ist. Hierzu sind die beiden Regelquer­ schnitte proportional zueinander ausgebildet, und zwar der erste Regelquerschnitt ringförmig und der zweite Regelquer­ schnitt teilringförmig. Außerdem liegt an ihnen derselbe Differenzdruck an.

Das Gemisch wird selbst bei Teillast sehr homogen er­ zeugt, da die beiden Regelquerschnitte direkt benachbart zu­ einander angeordnet sind. Der Mischvorgang findet im Bereich höchster Turbulenzen statt, und zwar innerhalb einer Misch­ kammer, die von der Gehäuseführung 5 gebildet wird. Füh­ rungsrippen 13, die außen auf dem Rohrabschnitt 9 des zwei­ ten Einlasses 3 sitzen, unterstützen den Mischvorgang, indem sie dazu beitragen, die aus den Regelquerschnitten austre­ tenden Gasströme zusammenzuführen.

Der Rohrabschnitt 2 des zweiten Einlasses 3 ist relativ zum zweiten Regelelement 7 verdrehbar. Dies verstellt zwar die Breite des teilringförmigen zweiten Regelquerschnitts, nicht jedoch dessen Höhe. Bei einer Verstellung ändert sich das Mischungsverhältnis, ohne daß die Proportionalität zum ersten Regelquerschnitt verloren ginge. Auch wird keine Än­ derung der Durchflußmenge oder des eingestellten Differenz­ druckes bewirkt.

Durch eine Verdrehung des Rohrabschnitts 9 lassen sich die Eigenschaften (Wobbeindex, Brennwert, Luftzahl) des Ge­ misches verändern oder aber bei Änderung der Brenngaseigen­ schaften konstant halten.

Zu letzterem dient die Anordnung nach Fig. 2, bei der ein motorischer Antrieb 14 vorgesehen ist, um den Rohrab­ schnitt 9 des zweiten Einlasses 3 zu verdrehen. Gesteuert wird der Antrieb 14 von einem Sensor 15, der die Gaseigen­ schaften des Gemisches erfaßt.

Fig. 3 zeigt eine Anordnung, bei der der zweite Einlaß 3 an zwei Gasleitungen 16 und 17 angeschlossen ist. Jede Gas­ leitung weist ein Absperrventil 18 bzw. 19 auf, wobei je­ weils ein eigener Gleichdruckregler 12 dafür sorgt, daß der Druck im zweiten Einlaß 3 dem im ersten Einlaß 2 entspricht. Hier können also abwechselnd unterschiedliche Brenngasarten zum Einsatz kommen, wobei der Differenzdruckregler dafür sorgt, daß die Eigenschaften des Gemisches konstant bleiben.

Fig. 4 zeigt eine gegenüber Fig. 1 abgewandelte Ausfüh­ rungsform des Bereichs um den ersten Regelquerschnitt. Hier ist der obere Rand der Gehäuseführung 5, der mit dem ersten Regelelement 6 zusammenwirkt, mit Abstand von einem ringför­ migen Steg 18 umgeben, der die Zuströmung zum ersten Regel­ querschnitt über dem Umfang vereinheitlicht und dadurch dazu beiträgt, den Mischungsvorgang zu fördern.

Im Rahmen der Erfindung sind durchaus Abwandlungsmöglichkei­ ten gegeben. So kann die Ausbildung der ersten und zweiten Regelquerschnitte variiert werden, sofern ihre Proportiona­ lität erhalten bleibt und sie direkt benachbart zueinander angeordnet sind, wobei allerdings hervorzuheben ist, daß die hier vorgestellten Ausführungsformen ganz besonders vorteil­ haft sind. Ferner kann auf eine Einstellung der Gemischzu­ sammensetzung verzichtet werden, sofern entsprechend kon­ stante Verhältnisse gewünscht und gegeben sind. Der Diffe­ renzdruckregler eignet sich nicht nur zur Versorgung von Brennerbatterien, sondern kann auch einzelnen Verbrauchern gesondert zugeordnet werden. Im übrigen eignet er sich, wie bereits erwähnt nicht nur für gasförmige Medien, und dies auch außerhalb der Verbrennungstechnik, sondern auch für Flüssigkeiten.

Claims (8)

1. Differenzdruckregler für Fluide, insbesondere für Ga­ se, mit einem Gehäuse (1), das einen Einlaß (2) und einen Auslaß (4) aufweist, und mit einem im Gehäuse zwischen dem Einlaß und dem Auslaß angeordneten Regelquerschnitt, der von einem Regelelement (6) gesteuert wird, wobei das Regelele­ ment mit einer in einer Kammer (11) angeordneten Membran verbunden ist, deren eine Seite unter dem Druck des Einlas­ ses (2) und deren andere Seite unter dem Druck des Auslasses (4) steht,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gehäuse (1) einen zweiten Einlaß (3) aufweist, der unter demselben Druck wie der erste Einlaß (2) steht,
daß im Gehäuse (1) zwischen dem zweiten Einlaß (3) und dem Auslaß (4) ein zweiter Regelquerschnitt angeordnet ist, der von einem zweiten Regelelement (7) gesteuert wird,

• - daß das zweite Regelelement (7) mit dem ersten Regel­ element (6) verbunden ist und
• - daß die beiden Regelquerschnitte proportional zueinan­ der veränderbar und direkt benachbart zueinander angeordnet sind.

2. Differenzdruckregler nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zweite Regelquerschnitt unter Beibehaltung der Proportionalität zum ersten Regelquerschnitt unabhängig von letzterem verstellbar ist.

3. Differenzdruckregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelquerschnitte ring- bzw. teil­ ringförmig ausgebildet und in ihrer Höhe von den Regelele­ inenten (6, 7) veränderbar sind.

4. Differenzdruckregler nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das erste Regelelement (6) tellerförmig ausge­ bildet ist und mit dem Rand einer ringförmigen Gehäusefüh­ rung (5) zusammenwirkt.

5. Differenzdruckregler nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Regelelement (7) topfförmig ausgebildet ist und mit seinem Boden auf der der Membran ab­ gewandten Seite des ersten Regelelements (6) mit diesem ver­ bunden ist, wobei es in seiner Seitenwand eine Mehrzahl von rechteckigen Öffnungen (8) aufweist und mit seinem offenen Ende in einen Rohrabschnitt (9) des zweiten Einlasses (3) eintaucht, der innerhalb der Gehäuseführung (5) eine Mehr­ zahl korrespondierender rechteckiger Öffnungen (10) auf­ weist.

6. Differenzdruckregler nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rohrabschnitt (9) des zweiten Einlasses (3) innerhalb der Gehäuseführung (5) äußere Führungsrippen (13) trägt.

7. Differenzdruckregler nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrabschnitt (9) des zweiten Ein­ lasses (3) relativ zum topfförmigen zweiten Regelelement (7) verdrehbar ist.

8. Differenzdruckregler nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Rand der ringförmi­ gen Gehäuseführung (5), mit dem das erste Regelelement (6) zusammenwirkt, mit Abstand von einem parallel zum ersten Re­ gelquerschnitt ausgerichteten ringförmigen Steg (18) umgeben ist.