DE2338149A1

DE2338149A1 - Umlaufwasserheizung

Info

Publication number: DE2338149A1
Application number: DE19732338149
Authority: DE
Inventors: Walter Kohl; Ernst Reimers
Original assignee: Junkers and Co GmbH
Current assignee: Junkers and Co GmbH
Priority date: 1973-07-27
Filing date: 1973-07-27
Publication date: 1975-02-13

Description

Junkers 686 PLI 1-Gü/Vo 1973

JUNKERS & CO. GMBH, in Wernau/Neckar

Umlaufwasserheizung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Umlaufwasserheizung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Bei Umlaufheizungen dieser Art steigt der Druck in der 'Vorlaufleitung der Verbraucher an, wenn die Verbraucher, beispielsweise Raumheizkörper, zum Teil oder ganz abgesperrt werden. Das Überdruckventil spricht an, wenn der Druck in der Vorlaufleitung einen vorbestimmten Wert überschreitet. Ein Teil des Wassers fließt dann durch die Umgehungsleitung direkt zur Umwälzpumpe zurück. Die Durchflußmenge in der Umgehungsleitung erreicht die Mindesfnmlaufmenge des Pumpenkreises, wenn alle Verbraucher abgesperrt sind. Die. bekannten Anordnungen von Überdruckventilen haben den Nachteil, daß die von dem strömenden Umlaufwasser auf das Schließglied ausgeübte Kraft von der Wassermenge abhängt, die das Überdruckventil in der Zeiteinheit durchströmt. Mit zunehmender Wassermenge steigt der Druckunterschied vor und nach dem Überdruckventil an. Mit Zunehmender Drosselung der Verbraucher steigt daher der Druck in der Vorlaufleitung stetig an, wobei die Fördermenge der Umwälzpumpe stetig abnimmt. Das kann bei Anlagen, die einen auf die Brennstoffzufuhr des

509807/0101

Junkers 686 - 2 -

Wassererhitzers einwirkenden Strömungswächter haben, dazu führen, daß die Brennstoffzufuhr in unerwünschter Weise "bereits unterbrochen wird, wenn zum Beispiel von mehreren Heizkörpern nur ein einziger in Betrieb genommen ist.

Nach einem bekanntgewordenen Vorschlag soll das Überdruckventil so ausgelegt sein, daß selbst bei abgesperrten Heizkörpern ein ausreichender Wasserumlauf sichergestellt ist, sodaß eine auf die Gaszufuhr einwirkende Wassermangelsicherung nicht ansprechen kann. In diesem Falle fließt kein Wasser durch die Heizkörper und die hierin gespeicherte Flüssigkeit kühlt langsam ab. Das Nichtansprechen der Wassermangelsicherung hat den Nachteil, daß bei Wärmeanforderung durch einen Thermostaten der über die Umgehungsleitung aufrechterhaltene Strömungskreis weiter erhitzt wird, bis eine Störabschaltung durch einen Temperaturbegrenzer erfolgt.

Ferner können störende Geräusche am Gerät auftreten, welche auf ein durch Strömungsdruckschwankungen in Schwingungen gebrachtes Schließglied im Überdruckventil zurückzuführen sind. Wenn das Schließglied durch eine Störgröße auf die vom Vorlaufdruck definierte Betriebsstellung gebracht wird, ändert sich die Durchflußmenge und somit auch die von der Strömung auf das Schließglied ausgeübte Kraft, welche von der Durchflußmenge abhängt. Die darauffolgende Eückstellbewegung des Schließglieds, beispielsweise durch die V/irkung einer Schließfeder, verändert die Durchflußmenge in entgegengesetzter Richtung. Die durch diese Wechselwirkung verursachte und sich wiederholende Kraftänderung ist ein periodischer Schwingungserreger für das Schließglied, welches zusammen mit der Feder ein Schwingungssystem bildet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln eine störungsfreie Durchflußmengenregelung in einer Umgehungs-

- 3 509807/0101

• J *} KM

Junkers 686

leitung einer Umlaufwasserheizung der genannten Art zu entwickeln, welche die Druckdifferenz zwischen Beginn und Ende der Umgehungsleitung über einen großen Arbeitsbereich hinweg weitgehend konstant hält. In Anlagen, bei denen eine Abschaltung des Wassererhitzers erwünscht ist, wenn die gesamte Umlaufmenge einen Hindestwert unterschreitet, soll sich außerdem beim Unterschreiten dieser Mindestmenge der Druck im Pumpenkreis derart ändern, daß ein von der Fördermenge abhängiger Strömungswächter die Brennstoffzufuhr rechtzeitig und sicher unterbricht.

Der Druckabfall entlang der Umgehungsleitung einschließlich des Überdruckventils und damit der Druck im Pumpenkreis und an den Anschlußstellen des Strömungswächters wird im Regelbereich des Überdruckventiles weitgehend konstant gehalten, wenn gemäß der Erfindung das "Überdruckventil und die vor und hinter dem Ventil liegenden Abschnitte des Umgehungskanals geometrisch so gestaltet und die vom Umlaufwasser berührten Oberflächen dieser Teile so ausgeführt sind, daß bei geöffnetem Ventil die bei einer Änderung der durchströmenden V/assermenge auftretende Änderung der auf das Schließglied einwirkenden statischen Druckkraft die dabei ebenfalls auftretende Änderung der auf das Schließglied einwirkenden dynamischen Kraft mindestens annähernd kompensiert.

Dieser erfindungsgemäße Vorschlag geht von der Überlegung aus, daß sich die von der strömenden Flüssigkeit auf das Ventilschließglied ausgeübte Kraft aus einem statischen und einem dynamischen Kraftanteil zusammensetzt. Der statische Kraftanteil rührt von der Differenz der statischen Drücke in der Wasserströmung vor und hinter dem Schließglied her. Der dynamische Kraftanteil resultiert aus dem Eintritts- und dem Austrittsimpuls, welchen die Wasserströmung an der Ventilöffnung auf das Schließglied ausübt. Durch eine Kompensation der Änderungen dieser Kräfte bei einer Durchflußmengenänderung bleibt also die auf das Ventilschließglied ausgeübte Gesamtkraft mindestens annähernd gleich, sodaß die Druckdifferenz an den beiden Enden des Um-

- 4 509807/0101

■ Junkers 686 ., 4 ..

gehungskanals die gleiche bleibt.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung ist ferner erreicht, daß das Ventil durch ßtöreinflüsse praktisch nicht mehr zum Schwingen und damit zum Hervorrufen von unerwünschten Geräuschen angeregt werden kann.

Die beiden aufdEs Schließglied des Überdruckventils einwirkenden Kräfte der Wasserströmung in der Umgehungsleitung lassen sich rechnerisch oder durch Messungen ermitteln. Eine einfache Ermittlung der dynamischen Kraft ergibt sich, wenn das Überdruckventil nach den im Anspruch 2 gekennzeichneten Maßnahmen ausgebildet ist.

Die auf das Schließglied des Überdruckventils vom strömenden Fluid ausgeübte Kraft kann auf einfache Weise dadurch konstant gehalten werden, daß stromauf des Schließgliedes eine nach dem Anspruch 3 gekennzeichnete Drosselstelle angeordnet ist. Zu diesem Ergebnis kommt man durch folgende Überlegung:

Der statische Kraftanteil der auf das Schließglied wirkenden Kraft K errechnet sich aus dem Produkt der statischen Druckdifferenz ρ vor und nach dem Schließglied und der von dieser Druckdifferenz beaufschlagten Fläche F des Schließgliedes. Die djTiamische Kraft läßt sich unter Berücksichtigung eines nach Anspruch 2 vorgeschlagenen vernachlässigbar kleinen Austrittsimpulses leicht durch den Eintrittsimpuls als Produkt aus der pro Zeiteinheit durchfließenden Masse m und der Zulaufgeschwindigkeit ν errechnen.

Im Fall einer vorgeschalteten Drossel kann die Masse m in Bezug auf den wirksamen Drosselquerschnitt f und der Durchflußgeschwindigkeit ν errechnet werden. Die Geschwindigkeit ν ergibt sich aus dem Abbau, den der statische Druck entlang des Strömungskanals erfährt. Nach diesen Betrachtungen läßt sich die Kraft K

- 5 -509807/0101

Junkers 686 - 5 -

zum folgenden Ausdruck bringen:

K = pF + 2f (p₀ - p)

in welchem ρ die statische Druckdifferenz zwischen Anfang und Ende des ganzen Strömungskanals ist.

Setzt man für 2f erfindungsgemäß den Wert F ein, dann heben sich nach durchmultiplizieren der Klammer die Summanden pF und 2pf auf. In diesem Fall ist die auf das Schließglied ausgeübte Kraft K also tatsächlich nicht mehr von der Durchflußmenge, sondern nur von der Größe der statischen Druckdifferenz ρ des gesamten Strömungskanals abhängig.

Die auf das Schließglied ausgeübte Kraft läßt sich auch dadurch weitgehend konstant halten, daß gemäß der Erfindung der Strömungskanal so ausgeführt wird, daß der Reibungsdruckverlust in der Strecke vor und nach dem Schließglied etwa dem Staudruck am Schließglied entspricht, oder wenn hinter dem Schließglied eine Drosselstelle angeordnet wird, deren wirksamer Querschnitt etwa so groß wie die in Schließstellung vom Zulaufdruck beaufschlagte Fläche des Schließglieds ist.

Es läßt sich auch für jede mögliche Kombination von Drosseln * und Widerständen vor und hinter dem Schließglied eine Größe für diese Glieder errechnen, bei der die Kraft auf den Ventilteller im Arbeitsbereich des Ventiles konstant bleibt und die Bedingungen vom Anspruch 1 erfüllt.

Eine platz- und kostensparende Anordnung ergibt sich, wenn die Drosselstelle unmittelbar vor dem Ventilsitz angeordnet ist, und sich erweiternd in eine Ebene, zur Strömung senkrecht gerichtete Ventilsitzfläche übergeht.

. -if

Ein vernachlässigbar kleiner Austrittsimpuls läßt sich durch

- 6 -509807/0101

Junkers 686

eine nach dem Anspruch 9 gekennzeichnete Ausgestaltung der Ventildichtflächen des Überdruckventils erreichen.

Für Anlagen deren Brennstoffzufuhr zum Wassererhitzer von einem Strömungswächter überwacht wird, sieht die Erfindung vor, daß die obere Grenze des Regelbereiches des Überdruckventils unterhalb einer vorbestimmten Mindestumlaufmenge im Verbraucherkreis liegt und daß der Strömungswächter durch den beim Überschreiten der oberen Grenze sich verändernde Druck im Pumpenkreis betätigt wird.

Durch Erhöhung des Strömungswiderstandes im Verbraucher steigt die Durchflußmenge durch die Umgehungsleitung an, wobei infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung des Bypass-Ventils und der Umgehungsleitung die Druckdifferenz am Anfang und am Ende der Umgehungsleitung und damit die gesamte Umlaufwassermenge im Pumpenkreis konstant bleibt. Wenn die obere Grenze des Regelbereiches des Überdruckventils, beispielsweise wenn dessen Durchflußquerschnitt den wirksamen Drosselquerschnitt erreicht, überschritten wird, dann setzt die Wirkung der Drossel anstelle des Überdruckventils zur Regelung der Durchflußmenge ein. Danach nimmt die Umlaufmenge im Pumpenkreis mit zunehmendem Widerstand im Verbraucher ab, während der Netzdruck steigt. Die am Strömungswächter anstehende Druckdifferenz wird dadurch verändert, und kann beim Erreichen einer Mindestumlaufmenge den Strömungswächter zum Abschalten des Gerätes betätigen.

Der Schaltmoment des Strömungswächters kann leicht eingestellt werden, wenn gemäß Anspruch 11 der Öffnungshub des Ventilschließgliedes durch einen verstellbaren Anschlag begrenzt wird. In diesem Falle übernimmt das Ventil, dessen maximaler Öffnungshub einen geringeren Durchflußquerschnitt hat als die Drossel, beim Erreichen des größten Öffnungshubes die Wirkung der Drosselstelle für den Netzdruckanstieg.

_ 7 -509807/0101

Junkers 686 - 7 -

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung schematisch dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Umlaufwasserheizungsanlage mit einem gasbeheizten Wassererhitzer, in scheinatischer Darstellung;

Fig. 2 ein Einzelteil aus Fig. 1;

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform des Einzelteils der Fig. 2 und

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des Ausführungsbeispieles.

Die Heizungsanlage ist mit einer Umwälzpumpe 11 versehen, welche das Umlaufwasser durch einen Wärmeübertrager 12 und über eine Vorlaufleitung 13 zu Heizkörpern 14· pumpt. Die Heizkörper 14 sind über eine Rücklaufleitung 15 mit der Niederdruckseite der' Umwälzpumpe 11 verbunden. Zwischen Anschlußstellen 16 und 17 der Vorlauf- bzw. der Rücklaufleitung ist eine Umgehungsleitung 18 angeschlossen, welche mit einer Drosselstelle 19 und einem Überdruckventil 20 versehen ist. Ein vom Druckunterschied zwischen dem Vorlaufdruck nahe der Anschlußstelle und dem Pumpendruck gesteuerter Strömungswächter 21 überwacht die Gaszufuhr zu einem Brenner 22, welcher den Wärmeübertrager 12 beheizt. Jedem Heizkörper 14 ist ein von Hand betätigbares Absperrventil 22' zugeordnet, mit welchem der Wasserdurchfluß durch die Heizkörper gedrosselt oder ganz abgesperrt werden kann.

Das in den Heizkörpern 14- abgekühlte und durch die Umwälzpumpe zum Wärmeübertrager 12 beförderte Wasser gelangt als Heizwasser über die Vorlaufleitung I3 erneut in die Heizkörper 14. Wenn bei Bedarf ein Teil der Heizkörper .abgestellt wird, steigt der

509807/0101

— 0 —

Junkers 686 - 8 -

Strömungswiderstand im Umlaufsystem an, wodurch sich die Strömungsgeschwindigkeit des Umlaufwassers verringert. Wenn der Strömungswiderstand auf einen "bestimmten Wert angestiegen ist, öffnet das Überdruckventil 20 die Umgehungsleitung 18, wonach ein Teil des Umlaufwassers durch die Umgehungsleitung 18 fließt. Das Überdruckventil 20 regelt dabei die Durchflußmenge im Umgehungskanal 18 derart, daß eine Mindestumlaufmenge im Pumpenkreis aufrecht erhalten bleibt. Dadurch wird eine überhitzung des umlaufenden Wassers vermieden.

Die Umlaufmengenregelung wird anhand des Diagramms in Fig. 4 erläutert. In diesem Diagramm ist oben die Pucipenkennliiiie a eingetragen, welche die Pumpenförderhöhe ρ in Abhängigkeit von der in der Zeiteinheit geförderten V/assermenge Q zeigt. Diese Wassermenge Q wird durch Schließen oder Öffnen der Heizkörper über die Absperrventile 22' verändert.

Der Pumpendruck wird zunächst durch den Leitungswiderstand im Wassererhitzer, insbesondere im Wärmeübertrager 12 abgebaut, sodaß der zwischen den Anschlußstellen 16 und 17 für die Heizkörper 14 verfügbare Netzdruck je nach der in der Zeiteinheit geförderten Umlaufmenge mehr o~der weniger vom Pumpendruck abweicht. Die Abhängigkeit dieses zwischen den Anschlußstellen 16 und 17 herrschenden Netzdruckes von der gesamten Umlaufmenge ist durch die Kurve b dargestellt. Der Druckverlust, der sich aus der Druckdifferenz ρ zwischen dem Pumpen — und dem Netzdruck ergibt, wirkt auf den Strömungswächter 21 ein. Im Folgenden ist unter der Bezeichnung Netzdruck immer die zwischen den Anschlußstellen 16 und 17 herrschende Druckdifferenz gemeint.

Zum besseren Verständnis der Regelfunktion des Überdruckventils sei zunächst angenommen, daß das Überdruckventil durch Einwirkung anderer Mittel vollständig geöffnet wäre, sodaß

- 9 -509807/0101

Junkers 686 .. 9 -

ständig, also auch bei voll geöffneten Heizkörpern, ein Teil der durch die Vorlaufleitung 13 strömenden gesamten Umlaufwassermenge durch die Umgehungsleitung 18 fliessen würde. Diese Teilmenge wäre im wesentlichen, wenn der größte Öffnungsquerschnitt größer als der wirksame Querschnitt der Drosselstelle durch die Bemessung der Drosselstelle 19 und andernfalls durch den öffnungsquerschnitt des Überdruckventils 20 bestimmt. Die bei der angenommenen Voraussetzung sich ergebende Abhängigkeit des Netzdruckes von der durch die Heizkörper strömende Teillaufmenge ist durch die gestrichelte Kurve d dargestellt. Wenn also zum Beispiel der Netzdruck den Wert ρ hätte, dann würde durch die Heizkörper die Teilumlaufmenge O fliessen. Anders ausgedrückt heißt das, daß der Netzdruck den Wert ρ annehmen würde, wenn man die Heizkörper 14 so stark abdrosselt, daß sie nur noch von der Teilumlaufmenge Q durchströmt wurden. Bei einem Netzdruck ρ ergibt sich gemäß Netzdruckkennlinie b eine gesamte Wasserumlaufmenge Q , sodaß die durch die Umgehungsleitung 18 strömende Teilumlaufmenge sich aus dem Diagramm aus der Differenz Qy-Q_x entnehmen läßt. Bei vollständig abgesperrten Heizkörpern wird sich gemäß Linie d ein Netzdruck ρ und eine durch die Umgehungsleitung 18 strömende Wassermenge Ql ergeben, welche in diesem Falle der gesamten Umlaufmenge entspräche.

Im Folgenden wird nun die Wirkungsweise der Anlage beschrieben, wenn die äußere Einwirkung auf das Überdruckventil 20 entfällt und dieses seine Regelfunktion ungestört ausüben kann. Das Überdruckventil 20 ist so bemessen, daß es selbsttätig öffnet, wenn der Netzdruck den Wert p^, erreicht.

Wenn sämtliche Heizkörper 14 voll geöffnet sind, dann fließt in der Vorlaufleitung 13 eine Umlaufwassermenge Q_ , wobei der Netzdruck auf den Wert ρ . abgesunken ist. Das entspricht dem Punkt A auf der Netzdrucklinie b. Das Überdruckventil 20 bleibt bei dem Wert P_m::_n noch geschlossen, sodaß also die gesamte

- 10 509807/0101

Junkers 686 - 10 -

Umlaufwassermenge CL™ durch die Heizkörper fließt.

TuIcLjC

Wird nun der Wasserdurchfluß durch die Heizkörper durch mehr oder weniger starkes Zuschrauben eines oder mehrerer Absperrventile 22' gedrosselt, so nimmt die durch die Heizkörper in der Zeiteinheit fliessende Massermenge bei gleichzeitigem Anstieg des Netzdruckes ab. Mit zunehmender Drosselung der Heizkörper wandert der Arbeitspunkt auf der ITetzdrucklinie b vom Punkt A ausgehend nach oben gegen den Punkt B, wobei die Umlaufmenge abnimmt und der Netzdruck ansteigt. Im Arbeitsbereich zwischen dem Punkt A und B bleibt das Überdruckventil 20 noch geschlossen, sodaß die jeweils gesamte Umlaufmenge durch die Heizkörper strömt.

Beim Erreichen des Arbeitspunktes B ist die Umlaufwassermenge von 0 auf Q. abgesunken, wogegen der Netzdruck auf p^ angestiegen ist. Bei diesem Wert öffnet das Überdruckventil 20, sodaß bei weiterer Drosselung der Heizkörper ein Teil der Umlaufwassermenge über die Umgehungsleitung 18 zurück zur Pumpe fließt. DasÜberdruckventil hat die Aufgabe, eine der Menge QL· entsprechende Mindestumlaufmenge im Pumpenkreis zur Vermeidung einer Überhitzung der Flüssigkeit aufrechtzuerhalten. Im Regelbereich des Überdruckventils 20 wird gleichzeitig durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Ventils und dessen Abstimmung mit der Drosselstelle 19 der Netzdruck konstant gehalten. Diese Funktion stellt sich im Diagramm durch die waagerechte Linie BC dar.

Im Regelbereich des Überdruckventils, der also durch die Arbeitspunkte BC markiert ist, stellt sich der Öffnungshub des Überdruckventils 20 entsprechend der Durchflußmenge in der Umgehungsleitung 18 ein. Wird innerhalb dieses Bereiches vom Arbeitspunkt B ausgehend die Teildurchflußmenge durch die Heizkörper weiter auf einen Wert Q₂ gedrosselt, dann bleibt der Netzdruck p. und die gesamte Umlaufmenge CL erhalten, sodaß durch die Umgehungsleitung 18 jeweils die Menge QL - Q₂ fließt. Sinngemäß läßt sich das auch so ausdrücken, daß das Überdruckventil 20 bei durch

- 11 509807/0101

• Junkers 686 - 11 -

2338U9

die Heizkörper fliessende Teilumlaufmenge Qo entsprechend seinem Öffnungsgrad die gesamte Umlaufmenge auf Q. erhöht und dabei den Netzdruck um den Wert p~ - P^ abbaut.

Bei zunehmender Drosselung der Heizkörper gelangt der Arbeitspunkt auf der waagerechten Linie BC schließlich nach C, wo sich die Teilumlaufmenge in den Heizkörpern auf den Wert Q₇ verringert und in der Umgehungsleitung 18 auf den Wert Q_x, - Q, vergrößert hat. Bei diesem Wert Q^ - Q, hat der Öffnungsquerschnitt des Überdruckventils den wirksamen Querschnitt der Drosselstelle 19 erreicht, sodaß bei weiterer Drosselung der Heizkörper die Teilumlaufmenge in der Umgehungsleitung 18 von der Drosselstelle 19 bestimmt wird. Im Diagramm ist das daraus ersichtlich, daß der Punkt C auf der Kennlinie d liegt. Die weitere Abhängigkeit des Netzdruckes von der durch die Heizkörper fliessenden Teilumlaufmenge wird nunmehr durch die Kennlinie d in Verbindung mit der Netzdrucklinie b bestimmt. Wenn die durch die Heizkörper fliessende Menge durch weitere Drosselung zum Beispiel auf den Wert Q. absinkt, dann stellt sich entsprechend dem Schnittpunkt D der Senkrechten durch Q. mit der Kennlinie d ein Netzdruck p^, ein. Nach dem Punkt E der Netzdrucklinie b ist bei einem Netzdruck p^, die Gesamtumlauf menge Qc-. ■

Der Strömungswächter 21 ist so bemessen, daß er bei der Druckdifferenz Δ P/, anspricht und die Brennstoffzufuhr zum Brenner des Wassererhitzers unterbricht. Durch diese Bemessung des Strömungswächters 21 ist sichergestellt, daß eine Überhitzung des Umlaufwassers wegen zu starker Drosselung der Heizkörper nicht eintreten kann.

Der Linienzug ABCD ist in der Zeichnung gegenüber den anderen Linien durch eine größere Strichdicke hervorgehoben. Dieser Linienzug stellt unmittelbar die Abhängigkeit der zwischen den Anschlußstelle 16 und 17 herrschenden Druckdifferenz von der durch die Heizkörper fließenden Wassermenge dar. Ein erster Bereich AB folgt der Netzdrucklinie b, in diesem Bereich

509807/0101 - 12 -

.Junkers 686 - 12 -

bleibt die Umgehungsleitung 18 geschlossen. An diesen ersten Bereich fügt sich der Regelbereich BC des Überdruckventils an, in welchem die gesamte Umlaufmenge trotz zunehmender Drosselung der Heizkörper konstant bleibt, sodaß auch die- am Strömungswächter anliegende Druckdifferenz Δ P^ konstant bleibt. In einem dritten Bereich CD steigt der hervorgehobene Linienzug AD steil an; in diesem Bereich ist die Regelfunktion des Überdruckventils 20 erschöpft.

Der waagerechte Bereich BC und der steil ansteigende Bereich CD des Linienzugs AD gewährleistet, daß der Strömungswächter 21 sehr genau zum gewünschten Zeitpunkt und sicher anspricht. Ohne die erfindungsgemäße Ausbildung des Überdruckventils 20 würde der hervorgehobene Linienzug schon ab dem Knickpunkt B x^eiter leicht ansteigen, was zwangsläufig verhältnismäßig große Schalttoleranzen des Strömungswächters 21 in Bezug auf die durch die Heizkörper strömende Wasserumlaufmenge zur Folge hätte. Dieser Nachteil wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Linienzugs A-D mit dem weiteren Eiiickpunkt C auf einfache Weise sicher vermieden.

In Figur 2 ist eine erste Ausführungsform des in der Umgehungsleitung 18 angeordneten Überdruckventils 20 dargestellt. Für das Überdruckventil ist ein Schließglied 23 mit einer ebenen Sitzfläche vorgesehen, welches durch die Wirkung einer Feder 25 entgegen der Strömung gegen einen ringförmigen, annähernd scharfkantigen Ventilsitz 26 gedrückt wird.

In dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ist anstelle der Drossel 19 eine Drosselstelle 19' im Überdruckventil unmittelbar vor dem Schließglied angeordnet. Die Drosselstelle geht sich erweiternd in einen ebenen Ventilsitz 26' über. Ein kappenförmiges Schließglied 23'₅ dessen annähernd scharfkantiger Rand als Gegensitz 24' ausgebildet ist, wird von der Feder 25 gegen

- 13 509807/0101

Junkers 686 - I3 -

den Ventilsitz 26' gedruckt.

Die dem Zulauf zugekehrte Fläche 24 des Schließgliedes 23 wird "bei geschlossenem Ventil von dem statischen Druck ρ an der Anschlußstelle 16 "beaufschlagt. Das Ventil öffnet sich, wenn die vom Druck ρ auf das Schließglied 14 ausgeübte Kraft die Federkraft überwindet. Dabei strömt das Medium radial durch den Ringspalt zwischen den Ventilsitzen 24 und 26 bzw. 24' und 26'. Der Gesamtaustrittsimpuls ist dabei vernachlässigbar klein. Es wirken nunmehr vom Zulauf hervorgerufene statische und dynamische Kräfte auf das Schließglied 23 bzw. 23'. Die Resultierende dieser Kräfte, die normalerweise von der durchströmenden Menge abhängt, ist durch die Vorschaltung der Drosselsteile 19 bzw. 19'j deren Querschnitt halb so groß ist, wie der von der Strömung beaufschlagte Querschnitt b des Schließgliedes, nur eine Funktion des Vorlaufdruckes p, welcher im Regelbereich des Überdruckventils nahezu konstant gehalten wird. Durch die Wirkung der strömungsabhängigen Kraft beharrt das Stellglied bzw. 23' in einem der Durchflußmenge entsprechendem Öffnungshub, ohne dabei durch Störgrößen nennenswert zum Schwingen gebracht zu werden. Diese vorteilhaften Wirkungen können ebenfalls erreicht werden, wenn anstelle der vor dem Überdruckventil 20 liegenden Drossel eine nach dem Überdruckventil 20 liegende Drosselstelle in der Umgehungsleitung 18 angeordnet wird, deren wirksamer Querschnitt so groß wie der vom Druck beaufschlagte Querschnitt B des Schließgliedes des Überdruckventils ist.

Die auf das Schließglied des Überdruckventils ausgeübte Kraft und damit auch die Druckdifferenz zwischen den Anschlußstellen 16 und 17 läßt sich erfindungsgemäß auch dadurch weitgehend konstant halten, daß die Umgehungsleitung so ausgebildet ist, und daß der Reibungsdruckverlust in der Strecke vor oder nach dem Schließglied etwa gleich dem Staudruck ist, d.h., wenn der

- 14 509807/0101

Junkers 686 ~ 14 -

2338H9

Widerstandsbeiwert gleich 1 ist. In diesem Fall wird die Anhebung des Vorlaufdruckes p, der durch den Kurvenabschnitt CD des Diagramms in Figur 4 dargestellt ist, beim Unterschreiten der Mindestdurchlauf menge Q-, im Verbraucher durch den maximalen Öffnungshub des Überdruckventils übernommen.

509807/0101

Claims

Junkers 686

Ansprüche :

Umlaufwasserheizungsanlage mit einer Umwälzpumpe, die das Umlaufwasser durch einen das Wasser erhitzenden Wärmeübertrager und mindestens einen wärmeabgebenden Verbraucher, zum Beispiel einen Heizkörper pumpt, dem Mittel zum Drosseln oder Absperren des Wasserdurchflusses sowie eine Umgehungsleitung zugeordnet sind, die durch ein Überdruckventil führt, welches die Durchflussmenge in der Umgehungsleitung derart regelt, dass bei Drosselung oder Absperrung des Heizkörpers im Wärmeübertrager eine Mindestumlauf menge aufrecht erhalten bleibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Überdruckventil (20) und die vor und hinter dem Ventil liegenden Abschnitte des Umgehungskanals (18) geometrisch so gestaltet und die vom Umlaufwasser berührten Oberflächen dieser Teile so ausgeführt sind, dass bei geöffnetem Ventil die bei einer Änderung der durchströmenden Wassermenge auftretende Änderung der auf das Schliessglied einwirkenden statischen Druckkraft die dabei ebenfalls auftretenden Änderungen der auf das Schliessglied einwirkenden dynamischen Druckkraft mindestens annähernd kompensiert.

Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass das Überdruckventil (20) derart ausgebildet ist, dass der auf das Schliessglied (23*23') einwirkende Austrittsimpuls des durchfliessenden Wassers vernachlässigbar klein ist.

Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennze lehne t, dass stromauf des Schliessgiiedes (23) eine Drosselstelle (19) angeordnet ist, deren wirksamer Querschnitt(A)etwa halb so gross ist, wie der

509807/0101 - 16 -

Junkers 68G - Ιό -

2338H9

der in Schließstellung von der statischen Druckdifferenz "beaufschlagten Fläche B des Schliessgliedes (23).

4. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass der Reibungsdruckverlust in der vor dem Schliessglied (23) liegenden Strecke der Umgehungsleitung (18) etwa dem Staudruck am Schliessglied entspricht.

5. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibungsdruckverlust in der Strecke nach dem Schliessglied (23) etwa dem Staudruck am Schliessglied entspricht.

6. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass stromab des Überdruckventils (20) eine Drosselstelle angeordnet ist, deren wirksamer Querschnitt etwa so gross ist, wie die in Schließstellung von der statischen Druckdifferenz beaufschlagte Fläche des Ventilschliessgliedes.

7. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselstelle (19) im Gehäuse des Überdruckventils (20) unmittelbar vor dem Ventilsitz (26') angeordnet ist.

8. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselstelle (19) sich erweiternd in eine ebene, zur Strömung senkrecht gerichtete Ventilfläche (26») übergeht.

9. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Ventildichtfläche des Überdruckventils (20) senkrecht zur Strömung ausgerichtet ist, während die Gegenfläche

- 17 509807/0101

Junkers 686 -1Y-

2338U9

an einer annähernd scharfkantigen Ringschulter gebildet ist.

10. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Strömungswächter, der die Brennstoffzufuhr zum Wassererhitzer steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Grenze des Regelbereiches des Überdruckventils (20) unterhalb einer vorbestimmten Mindestumlaufwassermenge im Verbraucherkreis liegt und dass der Strömungswächter (21) durch den beim Überschreiten der oberen Grenze sich verändernden Druck im Pumpenkreis betätigt wird.

11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Überdruckventil (20) ein den Öffnungshub des Schliessgliedes (23, 23') begrenzender, verstellbarer Anschlag zur Bestimmung des oberen Regelbereiches vorgesehen ist.

50980 7/0101

ftf

Leerseite