DE2659456A1

DE2659456A1 - Gasbeheizter durchlauf-wassererhitzer

Info

Publication number: DE2659456A1
Application number: DE19762659456
Authority: DE
Inventors: Hans Hoeness
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1976-12-30
Filing date: 1976-12-30
Publication date: 1978-07-13
Also published as: NL7714529A; GB1585695A; JPS5385543A; ES465623A1; FR2376376A1

Description

Das hydraulische Stellglied und die Mittel zur D erzeugung sind erfindungsgemäß derart ausgebildet und aufeinander abgestimmt, daß die Freigabe der zum Überzünden des Brenners notwendigen Mindestgasmenge bereits bei einer Strömungsgeschwindigkeit des Wassers erfolgt, bei welcher die Mindestgasmenge das V/asser auf den Sollwert erhitzt. Vorteilhaft ist die Anordnung so gewählt, daß die Freigabe des über das Thermostatventil führenden Gaswegs bei einer Strömungsgeschwindigkeit des Wassers erfolgt, bei welcher die bis dahin allein wirksame Mindestgasmenge das Wasser noch auf einen innerhalb des Proportionalbereichs des thermostatischen Reglers liegenden Wert erhitzt.

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Wassererhitzer nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei den bekannten Geräten dieser Art (DT-OS 2 331 625) wirkt das hydraulische Stellglied auf zwei im Gasweg hintereinander liegende Ventile ein, denen das thermostatisch gesteuerte Ventil als gesondertes Bauteil nachgeschaltet ist. Das hydraulische Stellglied hat einen Stößel, der verschiebbar durch das Schließglied des ersten Ventils hindurchtritt, das von einem gedrosselten Bypass umgeben ist. Der Stößel ist. spiellos mit dem Schließglied des nachgeschalteten zweiten Ventils verbunden, das vom Erreichen der vorbestimmten ersten Strömungsgeschwindigkeit des V/assers bis zum Erreichen der vorbestimmten zweiten Strömungsgeschwindigkeit allein aufgestoßen wird und die über den Bypass fließende Gasmenge über das thermostatische Ven- · til zum Brenner strömen läßt. Bei Erreichen der vorbestimmten zweiten Strömungsgeschwindigkeit des Wassers trifft ein Anschlag am Stößel des Stellglieds auf das Schließglied des ersten Ventils auf und hebt auch dieses vom Ventilsitz ab, wonach durch diese beiden Ventile die volle Gasmenge strömen und das thermostatische Ventil seine Regelfunktion übernehmen kann.

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Bei diesen bekannten Wassererhitzern sind das hydraulische Stellglied und die Mittel zur -Erzeugung des Differenzdruckes so ausgeführt und aufeinander abgestimmt, daß die Freigabe des Gaswegs über das thermostatische Ventil unter Umgehung der Drosselstelle bei der sogenannten Einschaltwassermenge Von etwa 3 Litern pro Minute erfolgt, wie das bei Durchlauf-Wassererhitzern ohne thermostatische Regelung der Auslauftemperatur des Wassers üblich ist. Bei einem Wassererhitzer mit thermostatischer Regelung, der mit einer nachgeschalteten Mischbatterie betrieben wird, kann dies jedoch insofern nachteilig sein, weil die von der Mischbatterie in deren unterem Sollwertbereich vom Wassererhitzer pro Zeiteinheit angeforderte Wassermenge auch unter der Einschaltwassermenge des Wassererhitzers liegen und der Mischbatterie daher Wasser zufließen kann, dessen Temperatur nicht geregelt bzw. zu niedrig ist, so daß die Mischbatterie unter Umständen nicht mehr einwandfrei zu regeln vermag.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Wassererhitzer jnit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der vorgegebene Sollwert der Auslauftemperatur des Wassers auch bereits unterhalb der Einschaltwassermenge des Geräts eingehalten wird, weil auch die zum Überzünden des Brenners notwendige Mindestgasmenge die den Wärmeübertrager durchströmende geringe Wassermenge ausreichend erwärmt. Bei einem Sollwert der Auslauftemperatur vpn 60° C kann bereits eine Wassermenge von etwa l,*i Litern pro Minute temperaturgeregelt dem Gerät entnommen werden, das auf diese Weise die Punktion und die .Vorteile eines Heißwasserspeichers erhält.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er-

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läutert. Es zeigen Figur 1 einen erfindungsgemäßen Wassererhitzer in schematischer Darstellung, Figur 2 die Gasarmatur und die thermostatische Regeleinrichtung des Wassererhitzers nach Figur 1 im Schnitt, und Figur 3 ein Funktionsschaubild des V/assererhitzers nach Figur 1.

Beschreibung der Erfindung

Der Wassererhitzer hat einen Kaltwasseranschluß 11, der in die Kammer 12 eines als Strömungswächter bzw. Wassermangelsicherung dienenden hydraulischen Stellgliedes 13 mündet. Von der Kammer 12 führt eine Leitung lh über ein als Druckdifferenzerzeuger dienendes Venturi 15 zu einem Wärmeübertrager l6, den die Leitung 1*1 in Form einer Rohrschlange durchsetzt. Vom Wärmeübertrager 16 führt eine Auslaufleitung 17 zu einem Zapfhahn 18, an welchem dem Gerät warmes Wasser entnommen werden kann. Vom engsten Strömungsquerschnitt des Venturis 15 führt eine gedrosselte Leitung 19 zu einer zweiten Kammer 20 des Stellgliedes 13, die von der ersten Kammer

12 durch eine Membran 21 getrennt ist. An der Membran 21 ist ein Stößel 22 befestigt, der aus dem Gehäuse des Stellglieds

13 oben abgedichtet herausgeführt ist und in eine Gasarmatur 23 hineinragt, die auf dem Gehäuse des Stellglieds 13 befestigt ist.

Die Gasarmatur 23 hat eine erste Kammer 26,^ in die eine Gaszufuhrleitung 27 mündet. Die Kammer 26 ist über einen Durchgang 28 mit einer zweiten Kammer 29 verbunden. Der Durchgang 28 ist von zwei Ventilen 31 und 32 überwacht, die vom hydraulischen Stellglied 13 in der nachstehend noch näher beschriebenen Weise beeinflußt werden. Die Kammer 29 ist über ein thermostatisch betätigtes Ventil 34 mit einem Ausgangsstutzen 35 verbunden, von dem eine Leitung 36 zu einem Gasbrenner 37 führt, der den Wärmeübertrager 16 erhitzt.

Der Stößel 22 des Stellglieds 13 arbeitet mit einem Bolzen 40 zusammen, auf welchem das Schließglied des Ventils 31

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verschiebbar gelagert ist. Auf dem freien Ende des Bolzens 40 sitzt das Schließglied des Ventils 32 auf, das unter dem Einfluß einer Schließfeder 4l steht.' Am Bolzen 40 ist ein Ringbund 42 vorgesehen, der nach einem bestimmten Teilhub des Stellglieds 13 zur Anlage am Schließglied des Ventiles 31 kommt. Das Ventil 31 ist von einem gedrosselten Bypass

44 umgeben, dessen Durchflußquerschnitt über eine Schraube

45 einstellbar ist. Das thermostatische Ventil 34 hat ein Schließglied 48, das lose verschiebbar auf einem gehäusefesten Bolzen 49 sitzt und von einer Feder 50 gegen das freie Ende eines Hebels 52 gedrückt ist, dessen anderes Ende an einen verstellbaren Anschlag 53 abgestützt ist.

An der Auslaufleitung 17 ist der Fühler 55 eines Thermostaten 56 befestigt, dessen Stellglied 57 bei 58 an dem Hebel 52 angreift. Mit zunehmender Temperatur in der Leitung 17 wird der Hebel 52 im Uhrzeigersinn geschwenkt und der Durchflußquerschnitt des Ventils 34 verengt und umgekehrt. Das Ventil 34 und der Thermostat 56 samt den mechanischen Übertragungsgliedern sind zu einer Baueinheit 60 zusammengefaßt, die auf die Gasarmatur 23 aufgeschraubt ist.

Beim Zapfen von Wasser durch Öffnen des Zapfhahnes 18 wird über das Venturi 15 eine .Druckdifferenz zwischen den beiden Kammer 12 und 20 des Stellglieds 13 erzeugt, die eine resultierende Kraft auf°die Membran· 21 ausübt. Wegen der Drosselung der Leitung 19 kann sich diese Druckdifferenz jedoch nur langsam aufbauen, so daß die Membran 21 und der Stößel 22 nur langsam nach oben gehen. Dabei wird zunächst das Ventil 32 geöffnet, so daß eine begrenzte Gasmenge über den Bypass 44 und das thermostatische Ventil 34 zum Brenner strömen und dort durch nicht dargestellte Mittel entzündet werden kann. Nach einem weiteren Teilhub der Membran 21 wird auch das Ventil 31 geöffnet, wonach das Gas ungedrosselt zum thermostatischen Ventil 34 strömt, welches nach Maßgabe der Temperatur des Wassers in der Auslaufleitung 17 den Durchfluß des Gases zum Brenner 37 steuert» Beim Schließen des Zapfhahns l8 wird durch ein

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nicht dargestelltes, die Drosselung der Leitung 19 aufhebendes Ventil ein schneller Druckausgleich zwischen den beiden Kammer 12 und 20 des Stellglieds 13 hergestellt, was ein schnelles Schließen der beiden Ventile 31 und 32 zur Folge hat.

Bei der vorstehend beschriebenen Wirkungsweise ist vorausgesetzt, daß der Zapfhahn 18 rasch und weit geöffnet wird, so daß die beiden Schaltstufeji der Ventile 31> 32, nämlich zunächst begrenzte und dann volle Freigabe der Gaszufuhr, allein nach Maßgabe des verzögerten Ansprechens des Stellglieds 13 durchfahren werden. In diesem Fall wirkt sich die Abhängigkeit des Stellhubes von der Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Menge des pro Zeiteinheit durchlaufenden Wassers nicht aus.

Zum Verständnis der vorliegenden Erfindung muß jedoch der statische Zustand des Stellglieds 13 und der beiden Ventile 31 und 32 bei verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten bzw. spezifischen Durchflußmengen des Wassers nach vollständiger .Zurücklegung des der jeweiligen Strömungsgeschwindigkeit entsprechenden gesamten Stellhubes des Stellglieds 12 betrachtet werden.

Diese Zusammenhänge sind- aus dem Funktionsschaubild nach Figur 3 der Zeichnung erkennbar. Auf der Abszisse des Schaubilds ist die Zapfmenge in l/min, und auf der Ordinate die Temperatur des auslaufenden Wasser in Grad Celsius dargestellt. Der thermostatische Regler ist so eingestellt, daß das Wasser eine Auslauftemperatur von 60 C hat. Diese Temperatur wird von einer sogenannten Einschaltwassermenge χ , die nachstehend noch näher erläutert ist, bis zu einer Wassermenge y innerhalb der Proportionalabweichung gehalten, die im Schaubild durch die beiden strichpunktierten Linien mit dem Abstand ρ dargestellt ist.·Zwischen den beiden Wassermengen χ und y stellt sich die Abhängigkeit der Auslauftemperatur von der Zapfmenge als eine gerade Linie a dar, die um den Wert ρ von χ bis y nach unten fällt. Bei Zapfmengen über y l/min, reicht die Leistung des Gerätes nicht mehr aus, um das Wasser auf

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60° C zu erwärmen. Jenseits von y fällt daher die Abhängigkeitskurve von Temperatur und Menge gemäß einer Exponentialkurve b steiler nach unten ab.

Die Einschaltwassermenge χ ist diejenige spezifische Durchlaufmenge, bei welcher das Stellglied 13 beide Ventile 31 und 32 öffnet und das Gas praktisch ungedrosselt durch diese Ventile treten läßt. Neben der Einschaltwassermenge χ ist die spezifische Durchlaufmenge ζ von Bedeutung, unterhalb welcher der am Venturi 15 erzeugte Differenzdruck nicht ausreicht, die Kraft der Schließfeder 4l zu überwinden, d.h., das Ventil 32 zu öffnen. Unterhalb der Drucklaufmenge ζ springt das Gerät überhaupt nicht an, so daß das auslaufende Wasser die gleiche Temperatur wie das zulaufende Wasser hat, die beim Ausführungsbeispiel mit 10 C angenommen ist. Wenn man nacheinander stationäre Zustände mit zunehmend größer werdenden spezifischen Durchlaufmengen einstellt, dann ergibt sich folgendes:

■Unterhalb der Durchlaufmenge ζ tritt keine Erwärmung des Wassers ein. Im Bereich zwischen den Durchlaufmengen ζ und χ wird das Wasser durch die sogenannte überzündgasmenge erhitzt. Oberhalb der Durchlaufmenge χ sind beide Ventile 31 und 32 geöffnet und das thermostatische Regelventil 34 hält die Auslaufternperatur innerhalb der Proportionalabweichung ρ konstant. Nach der Erfindung wird nun die zwischen den Durchlaufmengen ζ und χ liegende sogenannte erste Einschaltstufe so gewählt, daß auch die in diesen Bereich durchlaufende Wassermerige durch die Überzündgasmenge auf eine Temperatur von etwa 60° C erwärmt wird. Der Temperaturverlauf bis zur Einschaltwassermenge χ folgt darm der Linie c, die sich Dank des frühzeitigen Eingreifens des thermostatischen Reglers in diesem Bereich und bei dieser Drosselung der Gasmenge auf ca. JÜ % der vollen Gaumengu innut'halb der Pi'oportionalabviexchurig ρ hält. Das Schaubild zeigt, daß sich durch die erfindung:;gemäße Abstimmung von Stellglied und Druckdi ff erenzerzeugei· νυη einer Diu'chlaufmi'iigt: von ca I., Ί l/min an bereits eine ge rege L te Auslauf tempc-rnl.ur innerhalb

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der Proportionalabweichung p ergibt.

Zum Vergleich ist der Temperaturverlauf bei einem bekannten Gerät gleicher Leistung mit einem gestrichelten Linienzug dargestellt. Man sieht, daß bei diesem Gerät der in der ersten Einschaltstufe sich einstellende Temperaturverlauf c' unterhalb der Proportionalabweichung ρ liegt, und daß bei diesem Gerät bei Erreichen der Einschaltwassermenge x' ein verhältnismäßig großer Temperatursprung nach oben in den Proportionalbereich hinein erfolgt. Bei einem solchen Gerät muß die Abstimmung mit einer nachgeschalteten Mischbatterie sehr sorgfältig erfolgen, wenn die Mischbatterie ihre Regelfunktion auch im unteren Temperaturbereich einwandfrei erfüllen soll. Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Gerät ist die Abstimmung mit einer nachgeschalteten Mischbatterie wesentlich leichter möglich, weil das Gerät bereits bei wesentlich geringeren Durchlaufwassermengen mit einer auf den Sollwert geregelten Auslauftemperatur arbeitet.

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Claims

2659A5S Patentansprüche

1.!Gasbeheizter Durchlauf-Wassererhitzer, mit einem hydraulischen Stellglied, das von einer aus der Strömung des durchlaufenden Wassers abgeleiteten Druckdifferenz beaufschlagt ist und eine die Gaszufuhr zum Brenner steuernde Ventileinrichtung derart beeinflußt, daß unterhalb einer vorbestimmten ersten Strömungsgeschwindigkeit die Gaszufuhr zum Brenner unterbrochen ist, zwischen der ersten und einer vorbestimmten zweiten Strömungsgeschwindigkeit nur die zum Überzünden des Brenners notwendige Mindestgasmenge über eine Drosselstelle freigegeben ist und oberhalb der zweiten Strömungsgeschwindigkeit der Gasweg unter Umgehung der Drosselstelle über ein thermostatisches Ventil freigegeben ist, welches die Gaszufuhr im Sinne einer Konstanthaltung des erhitzten Wassers auf einem Sollwert, vorzugsweise einem der vollen Leistung des Geräts und der größtmöglichen Strömungsgeschwindigkeit des Wassers entsprechenden Sollwert steuert, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Stellglied (13) und die Mittel zur Druckdifferenzerzeugung (15) derart ausgebildet und aufeinander abgestimmt sind, daß die Freigabe der zum überzünden des Brenners notwendigen Mindestgasmenge bereits bei einer Strömungsgeschwindigkeit des Wassers erfolgt,, bei welcher die Mindestgasmenge das Wasser auf den Sollwert erhitzt.

2. Wassererhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Freigabe des über das Thermostatventil (34) unter Umge-

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hung der Drosselstelle (44) führenden Gaswegs bei einer Strömungsgeschwindigkeit des Wassers erfolgt, bei welcher die bis dahin allein wirksame Mindestgasmenge das Wasser noch auf einen innerhalb des Proportionalbereichs des thermostatischen Reglers liegenden Wert erhitzt.

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