DE2431674C2 - Mischventil für Verbrennungsanlagen u.dgl. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Mischventil für Verbrennungsanlagen und dgl., mit einem Gehäuse, das eine Lufteinlaßöffnung, eine Gaseinlaßöffnung und eine Gemischauslaßöffnung aufweist und in dem ein hohler Steuerkolben verschiebbar angeordnet ist, dessen stromabwärts gelegenes Ende das Verschlußteil eines Gaseinlaßventils bildet, das aus einem sich in Strömungsrichtung verjüngenden koaxialen Hals besteht, der eine innere Luftaustrittsöffnung begrenzt und an seiner Außenfläche mit einer in Strömungsrichtung sich konisch verjüngenden Ventilsitzfläche zusammenwirkt, die an einem vorderen Gehäusering ausgebildet ist, wobei zwischen der Ventilsitzfläche und dem Kolbenhals ein Ringkanal gebildet wird, der mit der Gaseinlaßöffnung in Verbindung steht, und mit einer mechanischen Verschiebeeinrichtung, die am Kolben angreift, und bei deren Betätigung der Kolben aus einer Schließstellung in eine Offenstellung bewegbar ist

Ein derartiges Mischventil ist aus der US-PS 37 99 195 bekannt Das bekannte Mischventil arbeitet mit einem konstanten Luftdurchsatz, Durch Verstellung des Steuerkolbens kann die beigemischte Gasmenge geregelt werden. Solche Mischventile werden bei Verbrennungsanlagen eingesetzt um das Gas-Luftmischungsverhältnis zu regeln. Diese Regelung ist aber bei dem bekannten Mischventil nicht mengenunabhängig.

Aus der DE-AS 10 71 094 ist ein Doppelsitz-Dampfumformventil bekannt, in dem Wasserdampf und Wasser gemischt werden. Es sind zwei Mischzonen vorgesehen, denen jeweils ein Dampfventil zugeordnet ist Beide Dampfventile werden durch einen gemeinsamen Hohlkolben geregelt Der Dampf strömt der einen Mischzone direkt und der anderen Zone durch ein vorgeschaltetes Dampfeinlaßventil zu. Die Wasserströme werden mittels externer Regelschieber geregelt Ein Gasmischventil der erfindungsgemäßen Gattung, bei dem ohne externe Regelschieber das Mischungsverhältnis unabhängig vom Mengendurchsatz geregelt werden kann, läßt sich nach diesem bekannten Prinzip ebenfalls nicht herstellen, zumal dieses bekannte Ventil eine recht komplizierte Bauveise hat

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Mischventil der eingangs genannten Art in einfacher Weise so auszubilden, daß das Mischungsverhältnis bei Regelung des Mengendurchsatzes etwa konstant gehalten werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kolben am stromaufwärts gelegenen Ende ein Lufteinlaßventil aufweist das aus einer sich zum Kolbeneinlaßende hin konisch verengenden Ventilfläche besteht die mit einem Ventilsitz zusammenwirkt welcher an einer im Gehäuse koaxial befestigten Scheibe gebildet ist und daß in der Schließstellung des Kolbens sowohl das Gaseinlaßventil als auch das Lufteinlaßventil mindestens nahezu geschlossen sind.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Mischventil nur ein einziges bewegbares Teil, nämlich den Steuerkolben aufzuweisen braucht mit dem sowohl die einströmende I uftmenge, als auch das einströmende Gas jeweils mengenmäßig geregelt werden kann und zwar vorzugsweise derart, daß das Mischungsverhältnis konstant bleibt Werden bei Brenngasversorgungsanlagen mehrere Zapfstellen abgeschaltet, so verstellt sich das Mischventil automatisch und es werden sowohl das Gasventil, als auch das Lufteinlaßventil synchron verstellt wobei jedoch das für die Verbrennung optimale Mischungsverhätnis aufrecht erhalten bleibt

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände der Unteransprüche.

Anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel darstellt, sei die Erfindung näher beschrieben. Es zeigt

Fi g. 1 einen Querschnitt durch das neue Mischventil, und

F i g. 2 eine Schaltung der Steuer- und Regelgeräte in den Zu- und Ableitungen des Mischventils gemäß Fig. 1.

Das allgemein mit 10 bezeichnete Mischventil besteht

aus einem zylindrischen Gehäuse 12, in dem ein Kolben 14 verschiebbar gelagert ist Der Kolben 14 hat einen zylindrischen Mittelteil 16, einen sich konisch verjüngenden Vorderteil 18, an den sich ganz vorn ein zylindrischer Hais 20 anschließt. Der Kolben 14 ist hohl 5 ausgebildet und in seinem Inneren ist eine Strömungskammer tür die eine Mischkomponente, hier Luft, vorgesehen. Am hinteren Ende des Kolbens 14 wird ein Lufteinlaßventil 22 gebildet und am vorderen Ende des Kolbens 14 ist ein mit 24 bezeichnetes Gaseinlaßventil vorgesehen.

Das Lufteinlaßventil 22 besteht aus einer koaxialen Scheibe 26, die mittels eines Gewindebolzens 28 an einem Steg 30 des Gehäuses 12 axial verstellbar gehalten ist Am hinteren Ende des Kolbens 14 ist in die Kolbenwand an der Innenseite ein Ventileinsatz 32 austauschbar befestigt, der eine sich entgegen der Strömungsrichtung, also in F i g. 1 nach rechts verjüngende konische innere Ventilsitzfläche 34 aufweist, die mit einer entsprechend angeordneten konischen äußeren Ventilsitzfläche 36 der Gehäusescheibe 26 zusammenwirkt In F i g. 1 ist die Schließstellung des Kolbens dargestellt in dieser Sieiiung berühren die beiden Ventilsitzflächen 34 und 36 einander und spenden das Kolbeninnere gegen den rechtsseitigen Gehäuseinnenraum ab. Wird der Kolben 14 geöffnet, also in F i g. 1 nach rechts bewegt, so wird der Ringspalt zwischen den beiden Ventilsitzflächen 34, 36 zunehmend größer, so daß Luft in das Kolbeninnere und am Kolbenvorderende durch den Hals 20 in einen sich konisch erweiternden Auslaßstutzen 38 strömen kann.

Das Gaseinlaßventil 24 weist ebenfalls eine konische Ventilfläche 40 auf, die an einem Gehäusering 42 koaxial angeordnet ist und sich in Strömungsrichtung, also entgegengesetzt zur Ventilfläche 34 verjüngt Mit dieser Ventilfläche 40 wirkt ein äußerer Kranz am Hals 20 des Kolbens 14 zusammen, um in der Schließstellung des Kolbens einen Strömungs- Ringkanal 44 gegenüber dem Auslaßstutzen 38 abzusperren. Dieser Strömungs-Ringkanal 44 für die Gaskomponente steht mit dem Innenraum des Gehäusezylinders 12 in Verbindung, der seinerseits an den Gaszuleitungsstutzen 46 angeschlossen ist

In der Umfangswand des Kolbens 14 und zwar in dessen Mittelbereich 16 befindet sich eine Längsnut 48,45 deren eine Seitenwand als Zahnstange 50 ausgebildet ist mit welcher ein Antriebsritzel 52 zusammenwirkt, dessen Welle 54 durch eine Gehäusebohrung nach außen herausgeführt und mit einem nicht dargestellten Stellmotor verbunden ist Zwei O-Dichtungen 56, 58 so beidseitig der Außennut 48 des Kolbens dichten den Ringspalt zwischen Gehäuse und Kolben ab, so daß keine Falschluft eintreten kann.

In F i g. 1 ist mit ausgezogenen Linien die Schließstellung des Kolbens 14 im Mischventil 10 dargestellt. Wird der Stellmotor im Sinne einer Öffnungsbewegung des ' Kolbens betätigt, so dreht die Antriebswelle 54 das Ritzel 52 und verschiebt damit den Kolben 14 nach ^rechts, wobei gleichzeitig die Ventile 22 und 24 geöffnet werden. Die volle Öffnungsstellung des Kolbens 14 ist in F i g. I gestrichelt veranschaulicht. Die Ventilflächen 34, 36 am Lufteinlaßventil 22 und die Ventilfläche 40 am Gaseinlaßventil 24 sind hier der Einfachheit halber konisch dargestellt, obwohl sich die genaue Form der Ventilflächen aus den Strömungsverhältnissen durch f>5 praktische Versuche ergibt. In jedem Fall lassen sich diese Ventilflächen bo gestalten, daß in jeder Kolbenstellung das Verhältnis der am Ventil 22 einströmenden Luftmenge und der am Ventil einströmenden Gasmenge konstant ist Die einzelnen Kolbenstellungen cfefinißren damit einen bestimmten Gemischstrom, also eine Menge an Luft-Gasgemisch pro Zeiteinheit, ohne daß das Mischungsverhältnis der Mischkomponenten verändert wird.

Um in der voll geschlossenen Stellung gemäß F i g. 1 einen minimalen Mischstrom aufrecht zu erhalten, sind im Kranz des Halses 20 des Kolbens 14 eine Anzahl Bohrungen 60 vorgesehen, die einen minimalen Gasstrom in den sich konisch erweiternden Auslaßstutzen 38 gewährleisten. Zu demselben Zweck sind in der Gehäusescheibe 26 mehrere Luftdurchtrittsbohrungen 62 vorgesehen, die einen bestimmten minimalen Luftdurchsatz gewährleisten, wenn der Kolben in seiner Schließstellung ist Die Querschnitte der Bohrungen 60, 62 sind so gewählt daß das gewünschte Mischungsverhältnis auch in der Schließstellung des Kolbens vorhanden ist

Die Arbeitsweise wird anhand der F i g. 2 beschrieben. An den Auslaßstutzen 38 ist ein Druckfühler 64 angeschlossen, der mit einer elektrisch' /. Steuereinrichtung 66 verbunden ist die ihrerseits elektrisch mit einem Stellmotor 68 in Verbindung steht welcher mit der Antriebswelle 54 des Ritzels 52 verbunden ist. Wird nun eine Zapfstelle in dem an den Auslaßkanal 38 angeschlossenen Versorgungssystem der Verbrennungsanlage geöffnet so sinkt der Druck in dem Versorgungssystem und der Druckfühler 64 spricht an. Durch das Absinken des Druckes am Druckfühler 64 gegenüber einem vorher in der Steuereinrichtung 66 eingestellten Wert, werden Steuerimpulse dem Stellmotor 68 zugeführt wodurch der Kolben 14 in Richtung seiner Offenstellung verschoben wird. Diese Bewegung findet solange statt bis der Druckfühler 64 den Sollwert mißt Wesentlich ist daß während dieser Verstellung des Kolbens das Mischungsverhältnis der beiden Mischkomponenten Luft und Brenngas nicht verändert wird. Sinkt dann der Bedarf im Versorgungssystem, z. B. durch Abschalten einzelner Zapfstellen, so steigt der Druck an. Der Druckfühler 64 mißt diesen Anstieg und die Steuereinrichtung 66 führt dem Stellmotor 68 Antri;bsimpulse zu, bis der eingestellte Solldruck wieder erreicht ist Dies kann geschehen, nachdem der Kolben 14 seine volle Schließstellung erreicht hat. Zu diesem Zweck ist der Motor 68 über eine Rutschkupplung mit der Antriebswelle 54 verbunden.

Um weiterhin zu verhindern, daß durch irgendwelche Defekte reine Luft in das Versorgungssystem gelangt ist an den Auslaßstutzen 38 ein Flammenüberwachungsgerät 70 angeschlossen, in welchem eine Pilotflamme brennt. Die Versorgung dieser Pilotflamme 70 mit brennbarem Gas-Luftgemisch wird auch in der voll geschlossenen Stellung des Kolbens 14 durch die Bohrungen 60, 62 sichergestellt. Das Flammenüberwachungsgerät 70 ist mit Dichtkontrollgeräten 72,74 in der Gaszuleitung und der Luftzuleitung, sowie nr.i Magnetventilen 76, 78 in diesen Leitungen verbunden, so daß beim Erlöschen der Pilotflamme die Ionisation und der Stromkreis unterbrochen werden und die Magnetventile 76, 78 geschlossei. werden. Eine Luftanreicherung in der Versorgungsanlage ist damit ausgeschlossen.

Die Gasleitung weist unmittelbar vor dem Anschluß an das Mischventil 10 einen Gasregler 80 iuf und ein entsprechender Regler 82 ist in der Luftzuführung vorgesehen. Diese Regler 80,82 werden auf den jeweils benötigten Arbeitsdruck eingestellt.

Bei einem Druckabfall vor den Reglern 80, 82 wird

der Kontakt über die beiden Druckfühler 72, 74 zu den Magnetventilen 76, 78 unterbrochen, so daß die Anlage ebenfalls außer Betrieb gesetzt wird. Schließlich sind die Regler 80,82 so ausgelegt, daß sie auch bei Überdruck in der jeweiligen Zuleitung schließen.

Das neue Mischventil kann z. B. auch als Vorschaltventil für eine heizwertabhängige Regelung (Wobberegelung) verwendet werden. Soll z. B. das Gas-Luftgemisch mit einer bestimmten Wobbezahl konstant gehalten werden, so wird über einen Wobbe-Geber 84 und den angeschlossenen elektronischen Steuerregler 66 ein in der Luftzuführung eingebautes Motorregelventil 86 angesteuert. Durch Ausregeln der Luftmenge wird das Gas-Luftgemisch auf die im Wobbe-Geber 84 und Steuerregler eingestellte Wobbezahl konstant gehalten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche;

   t. Mischventil for Verbrennungsanlagen und dgl, mit einem Gehäuse, das eine Lufteinlaßöffnung, eine Gaseinlaßöffnung und eine Gemischauslaßöffnung aufweist und in dem ein hohler Steuerkolben verschiebbar angeordnet ist, dessen stromabwärts gelegenes Ende das Verschlußteil eines Gaseinlaßventils bildet, das aus einem sich in Strömungsrichtung verjüngenden koaxialen Hals besteht, der eine innere Luftaustrittsöffnung begrenzt und an seiner Außenfläche mit einer in Strömungsrichtung sich konisch verjüngenden Ventilsitzfläche zusammenwirkt, die an einem vorderen Gehäusering ausgebildet ist, wobei zwischen der Ventilsitzfläche und dem is Kolbenhals ein Ringkanal gebildet wird, der mit der Gaseinlaßöffnung in Verbindung steht, und mit einer mechanischen Verschiebeeinrichtung, die am Kolben angreift, und bei deren Betätigung der Kolben aus einer Schließstellung in eine Offenstellung bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (14) am stromaufwärts gelegenen Ende ein Lufteinlaßventii aufweist, das aus einer sich zum Kolbeneinlaßende hin konisch verjüngenden Ventilfläche (34) besteht, die mit einem Ventilsitz (36) zusammenwirkt, welcher an einer im Gehäuse (12) koaxial befestigten Scheibe (26) gebildet ist, und daß in der Schließstellung des Kolbens (14) sowohl das Gaseinlaßventil (24) als auch das Lufteinlaßventil (22) mindestens nahezu geschlossen sind. jo
2. 2. Mischventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusescheibe (26) am Lufteinlaßventil axLil versteilbar angeordnet ist
3. 3. Mischventil nach. Ansprxrh 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenhals (20) einen Kranz mit einer Anzahl, den Gghäuseringraum der Gehäuseauslaßöffnung verbindender Bohrungen (60) aufweist, und daß in der Gehäusescheibe (26) am Lufteinlaßventii (22) ebenfalls Lufteinlaßbohrungen (62) vorgesehen sind. ■»<)
4. 4. Mischventil nach einem der Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenventilsitzfläche (34) des Lufteinlaßventils (22) an einem auswechselbaren Einsatzring (32) ausgebildet ist
5. 5. Mischventil nach einem der Ansprüche 1 —4, bei dem der Kolben durch einen Stellmotor verschiebbar und an dem Gemischauslaßkanal ein Druckfühler angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelimpulse des Druckfühlers (64) über eine Regeleinrichtung (66) auf den dem Kolben (14) so zugeordneten Stellmotor (68) einwirken und bei Druckabfall im Gemischauslaßkanal (38) den Kolben (14) schrittweise in Richtung der Offenstellung verschieben und bei Druckanstieg eine entgegengesetzte Kolbenbewegung bewirken.