DE2722890C2

DE2722890C2 - Kaskadenregelung für eine Warmwasserheizungs- oder -bereitungsanlage

Info

Publication number: DE2722890C2
Application number: DE2722890A
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl.-Ing. 7100 Heilbronn Baelz
Original assignee: Helmut Baelz 7100 Heilbronn De GmbH; Helmut Baelz GmbH
Current assignee: Helmut Baelz 7100 Heilbronn De GmbH; Helmut Baelz GmbH
Priority date: 1977-05-20
Filing date: 1977-05-20
Publication date: 1981-05-14
Also published as: DE2722890B1

Description

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Das Hauptpatent betrifft eine Kaskadenregelung für eine Warmwasserheizungs- oder -bereitungsanlage mit einer in der Vorlaufleitung zum Verbraucher liegenden Strahlpumpe, deren wirksamer Treibdüsenquerschnitt durch einen zugeordneten Stellmotor verstellbar ist und die saugseitig an eine zur Rücklaufbeimischung dienende, von der Rücklaufleitung abzweigende Bypassleitung zum Verbraucher angeschlossen ist, wobei in der Vorlaufleitung zum Verbraucher ein Thermostatventil angeordnet ist, welches in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur eine Druckänderung hervorruft, die den Stellmotor der Strahlpumpe zur Verstellung des wirksamen

Treibdüsenquerschnittes beaufschlagt.

Das Thermostatventil bildet dabei den Hauptregler, dessen Eingangsgröße die Umgebungstemperatur ist Die Ausgangsgröße des Kauptreglers bewirkt einen Druckanstieg in dem strömungsaufwärts von dem Thermostatventil liegenden Teil der Vorlaufleitung. Dieser Druckanstieg wird als Führungsgröße dem Stellmotor der Strahlpumpe als Hilfsregler zugeleitet Bei diesem findet ein Soll-Ist-Wert-Vergleich zwischen einem fest vorgegebenen Sollwert und dem in der Vorlaufleitung vor dem Ventil herrschenden Istdruck statt, der eine Veränderung des Querschnittes der Treibdüse bewirkt

Das Thermostatventil drosselt die Vorlaufleitung bei Anstieg der Umgebungstemperatur, womit der Druck in der Vorlaufleitung vor dem Thermostatventil ansteigt und der Stellmotor der Strahlpumpe eine Verringerung des wirksamen Tre'.bdüsenquerschnittes einstellt Dies hat zur Folge, daß sich die umlaufende Wassermenge reduziert während der Druck in der verbraucherseitigen Vorlaufleitung und damit in der Anlage konstant gehalten wird. Diese Kaskadenregelung löst daher die Aufgabe, eine verbesserte Regelgenauigkeit am Verbraucher zu erzielen, während gleichzeitig eine Druckbegrenzung auf der Verbraucherseite gewährleistet ist. Trotz dieser Maßnahmen kann die Regelgenauigkeit am Verbraucher aber dann sich verschlechtern, wenn der Anlagenwiderstand dadurch großen Schwankungen erfährt, daß beispielsweise die Verbraucher ihre Heizkörper von Hand auf- oder zudrehen, was zur Folge hat, daß der Regelbereich des Thermostatventiles ungünstig beeinfluß wird, während andererseits der Stellmotor der Strahlpumpe Änderungen des Rücklaufdruckes nicht berücksichtigen kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die Kaskadenregelung nach dem Hauptpatent in der Weise zu verbessern, daß die Regelgenauigkeit am Verbraucher bei Änderungen des Rücklaufdruckes erhöht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei der eingangs genannten Kaskadenregelung der Stellmotor mit der Differenz des Druckes in der verbraucherseitigen Vorlaufleitung und des Rücklaufdrukkes beaufschlagt.

Durch die zusätzliche Aufschaltung des Rücklaufdrukkes erhält der Stellmotor der Strahlpumpe unmittelbar eine Information über den gesamten Strömungswiderstand der Anlage, so daß die Regelung nicht mehr allein von dem Thermostatventil vorgenommen werden muß.

Das als p-Regler wirkende Thermostatventil hält den Druck in der verbraucherseitigen Vorlaufleitung im Zusammenwirken mit dem Stellmotor der Strahlpumpe im wesentlichen konstant, so daß damit eine selbsttätige Druckbegrenzung auf der Verbraucherseite gegeben ist In Fällen, in denen beim Auftreten einer Störung ein plötzlicher starker Druckanstieg auf der Verbraucherseite auftritt, kann es aber notwendig werden, die Treibdüse der Strahlpumpe schneller zu schließen als dies von dem Thermostatventil bewirkt werden kann. Um dies zu erreichen und damit eine noch wirksamere Druckbegrenzung auf der Verbraucherseite zu gewährleisten, kann die Anordnung derart getroffen sein, daß der Stellmotor der Strahlpumpe bei Überschreitung eines vorbestimmten Maximalwertes des Druckes in der verbraucherseitigen Vorlaufleitung selbsttätig mit einem höheren Druck im Schließungssinne der Treibdüse der Strahlpumpe beaufschlagbar ist.

Konstruktiv einfache Verhältnisse ergeben sich, wenn

der, wie bei der Hauptpatentanmeldung als Membranstellmotor ausgebildete und eine eingebaute Sollwertfeder enthaltende Stellmotor, der über eine strömungsaufwärts von dem Thermostatventil abgehende erste Impulsleitung an die Vorlaufleitung angeschlossen ist zusätzlich über eine zweite Impulsleitung mit der Rücklaufleitung verbunden ist Dabei kann dann in der ersten Impulsleitung ein Dreiwegeumschaltventil liegen, dessen Stellantrieb mit der Differenz eines fest vorgegebejicn Maximaldruck-Sollwertes und dem Druck in der verbraucherseitigen Vorlaufleitung beaufschlagt ist und das bei Oberschreiten des Maximaldruckwertes umschaltet und den Stellmotor der Strahlpumpe mit der netzseiligen Vorlaufleitung verbindet Damit wird beim Auftreten einer Störung auf der Verbraucherseite der Stellmotor der Strahlpumpe unmittelbar mit dem hohen netzseitigen Vorlaufdruck beaufschlagt so daß die Treibdüse sofort verschlossen und damit der Verbraucher von der Vorlaufleitung getrennt werden.

Der Abgriff des Drucklaufdruckes erfolgt im übrigen zweckmäßigerweise strömungsabwärts hinter dem Abzweig der Bypassleitung, so daß unmittelbar der netzseitige Rücklaufdruck gemessen wird. Es sind aber auch Fälle denkbar, in denen es zweckmäßig sein könnte, den Rücklaufdruck in der verbraucherseitigen Rücklaufleitung, d. h. vor dem Abzweig der Bypassleitung abzugreifen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt Die Zeichnung zeigt eine Warmwasserheizungsanlage mit einer Kaskadenregelung gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung.

Bei der in der Figur dargestellten Warmwasserheizunganlage liegt in der Vorlaufleitung O 4 zu dem bei 1 angedeuteten Verbraucher eine Strahlpumpe 2, die treibstromseitig über eine netzseitige Vorlaufleitung 01 aus einem nicht weiter dargestellten Fernheiznetz gespeist ist. Saugseitig ist die Strahlpumpe 2 an eine von der Verbraucherrücklaufleitung O 3 abzweigende Bypassleitung 3 zum Verbraucher 1 angeschlossen, die es gestattet, dem Vorlauf zum Verbraucher 1 ausgekühltes Rücklaufwasser beizumischen, um damit die Vorlauflemperatur zweckentsprechend einregeln zu können. Das ausgekühlte Kondensat strömt schließlich über eine Rücklaufleitung O2 in die nicht weiter dargestellte Kondensatleitung des Fernheiznetzes zurück.

Die Strahlpumpe 2 enthält eine Treibdüse und eine koaxial dazu angeordnete Fangdüse, die in einen bei 9 angedeuteten Diffusor übergeht, an den die verbraucherseitige Vorlaufleitung O 4 angeschlossen ist.

Auf das Gehäuse der Strahlpumpe 2 ist ein Membranstellmotor 14 aufgesetzt, der über eine einen entsprechenden Regelkörper tragende Düsennadel 10 den wirksamen Durchtrittsquerschnitt der Treibdüse der Strahlpumpe 2 verbändern kann. «

Der Membranstellmotor 14 enthält eine Membran 15, die auf der einen Seite eine Kammer 16 und auf der anderen Seite eine Kammer 16a begrenzt. Die Kammern 16, 16a sind jeweils bis auf einen Einlaßanschluß geschlossen. m>

Außerdem wirkt auf die Membran 15 über eine Spindel 100 eine Sollwertfeder 17 ein, die sich auf der einen Seite gegen einen mit der Spindel 100 verbundenen Federteller 18 und auf der anderen Seite gegen das die Kammern 16, 16a umschließende h> Gehäuse abstützt. Die Vorspannung der Sollwertfeder 17 kann durch eine bei 19 angedeutete Stellmutter verändert werden.

Die Spindel 100 ist schließlich bei 12 verschieblich gelagert

In der Vorlaufleitung O 4 zum Verbraucher 1 liegt ein Thermostatventil 20, das als p-Regler ausgebildet ist und das die Vorlaufleitung O 4 in Abhängigkeit von der Umgebungs- oder Raumtemperatur so drosselt, daß die dem Verbraucher 1 zuströmende Wassermenge und damit die dem Verbraucher zugeführte Wärmemenge entsprechend geregelt werden.

Der Membranstellmotor der Strahlpumpe 2 ist mit der Differenz zwischen dem Druck in der verbraucherseitigen Vorlauf leitung O 4 und dem Rücklaufdruck beaufschlagt Zu diesem Zwecke zweigt von der Vorlaufleitung O 4 eine erste Impulsleitung 21 ab, die über ein Dreiwegeumschaltventil 50 mit der ersten Kammer 16 des Membranstellmotors 14 verbunden ist Die andere zweite Kammer 16a des Membranstellmotors 14 steht über eine zweite Impulsleitung 5! mit der netzseitigen Rückiaufleitung O 2 in Verbindung. Die Anordnung könnte aber auch derart getroffen sein, daß in besonderen Anwendungsfällen die zweite Impulsleitung 51 strömungsaufw ärts von der Abzweigstelle der Bypassleitung 3 liegt d. h. daß der Druckabgriff an der verbraucherseitigen Rücklaufleitung OZ erfolgt.

Bei geöffnetem Dreiwegeventil 50 ist der Membranstellmotor 14 der Strahlpumpe 2 im Gleichgewichtszustand mit einer Druckdifferenz zwischen verbraucherseitigem Vorlaufdruck und Rücklaufdruck beaufschlaft deren Größe dem durch die Sollwertfeder 17 vorgegebenen Sollwert entspricht An der Membran 15 liegt deshalb der Gesamtströmungswiderstand der Anlage. Der von der Sollwertfeder 17 vorgegebene Sollwert kann beispielsweise einem Δρ von 0,2 atü entsprechen.

Steigt der Druck in der verbraucherseitigen Vorlaufleitung OA an, weil das Thermostatventil 20 drosselt, so schließt der Membranmotor 14 die Treibdüse der Strahlpumpe 2 in zunehmenden Maße, mit dem Ergebnis, daß die dem Verbraucher 1 zuströmende Wassermenge reduziert wird. Das gleiche Ergebnis tritt ein, wenn aus irgendeinem Grunde der Rücklaufdruck der Anlage sinkt, und damit die zweite Kammer 16a des Membranstellmotors 14 eine Druckentlastung erfährt.

Sinkt andererseits der Druck in der verbraucherseitigen Vorlaufleitung O 4 und/oder steigt der Rücklaufdruck an, so wird die Strahlpumpe 2 im umgekehrten Sinne verstellt.

Das in der ersten Impulsleitung 21 liegende Dreiwegeventil 50 ist über eine dritte Impulsleitung 53 mit der netzseitigen Vorlaufleitung 01 verbunden. Es ist mit einem Membranstellmotor 54 versehen, dessen Membran 55 mit einer auf einen Maximaldruckwert eingestellten Sollwertfeder 56 gekuppelt und einseitig über eine Leitung 57 und die Impulsleitung 21 mit dem in der verbraucherseiligen Vorlaufleitung O 4 herrschenden Druck beaufschlagt ist.

Solange der in der Vorlaufleitung O 4 herrschende Druck kleiner ist als der durch die Sollwertfeder 56 vorgegebene Maximaldruck, ist die Kammer 16 des Membranstellmotors 14 der Strahlpumpe 2 über die Impulsleitung 21 und das Dreiwegeventil 50 mit diesem Vorlaufdruck beaufschlagt. Übersteigt der Druck in der Vorlaufleitung 04 aber den eingestellten Maximalwert, so schaltet das Dreiwegeventil 50 um, womit die Meinbrankammer 16 des Membranstellmotors 14 über die dritte Impulsleitung 53 und einen Teil 21a der ersten Impulsleitung mit dem netzseitigen Vorlaufdruck im Schließungssinne beaufschlagt wird, während gleichzeitig die Impulsleitung 21 abgesperrt wird.

Dies hat zur Folge, daß die Treibdüse der Strahlpumpe 2 augenblicklich verschlossen wird.

Sowie der durch die Sollwertfeder 56 vorgegebenen Maximaldruck wieder unterschritten wird, schaltet das Dreiwegeventil 50 im umgekehrten Sinne um, mit dem Ergebnis, daß der Membranstellmotor der Strahlpumpe 2 wieder mit dem normalen, in der verbraucherseitigen Vorlaufleitung OA herrschenden Druck beaufschlagt wird und die dritte Impulsleitung 53 abgesperrt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kaskadenregelung für eine Warmwasserheizungs- oder -bereitungsanlage mit einer in der Vorlaufleitung zum Verbraucher liegenden Strahlpumpe, deren wirksamer Treibdüsenquerschnitt durch einen zugeordneten Stellmotor verstellbar ist und die saugseitig an eine zur Rücklaufbeimischung dienende, von der Rücklaufleitung abzweigende ;o Bypassleitung zum Verbraucher angeschlossen ist, wobei in der Vorlaufleitung zum Verbraucher ein Thermostatventil angeordnet ist, welches in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur eine Druckänderung hervorruft, die den Stellmotor der Strahlpumpe zur Verstellung des wirksamen Treibdüsenquerschnittes beaufschlagt, nach Patent 2525643, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor (14) mit der Differenz des Druckes in der verbraucherseitigen Vorlaufleitung (O 4) und der Rücklaufleitung (O 2) beaufschlagt ist

2. Kaskadenregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der als Membranstellmotor ausgebildete und eine eingebaute Sollwertfeder (17) enthaltende Stellmotor (14), der über eine strömungsaufwärts von dem Thermostatventil (20) abgehende erste Impulsleitung (21) an die Vorlaufleitung (OA) angeschlossen ist, zusätzlich über eine zweite Impulsleitung (51) mit der Rücklaufleitung (O 2) verbunden ist.

3. Kaskadenregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor (14) der Strahlpumpe (2) bei Überschreitung eines vorbestimmten Maximalwertes des Druckes in der verbraucherseitigen Vorlaufleitung (O 4) selbsttätig js mit einem höheren Druck im Schließungssinne der Treibdüse der Strahlpumpe (2) beaufschlagbar ist.

4. Kaskadenregelung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Impulsleitung (21) ein Dreiwegeumschaltventil (50) liegt, dessen Stellentrieb (54) mit der Differenz eines fest vorgegebenen Maximaldrucksollwertes und dem Druck in der verbraucherseitigen Vorlaufleitung (O 4) und das bei Überschreiten des Maximaldrucksollwertes umschaltet und den Stellmotor (14) der Strahlpumpe (2) mit der netzseitigen Vorlaufleitung (01) verbindet.

5. Kaskadenregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgriff des Rücklaufdrukkes strömungsabwärts hinter dem Abzweig der Bypassleitung (3) liegt.