DE2932307C2 - Vorrichtung zur Steuerung der Erwärmung eines Fluids - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein Schließkörper (23,70) des Brennstoff-Regelventils (11,66) direkt mit einer vom Brennstoff beaufschlagten Brennstoffmembran (25,68) zu gemeinsamer Bewegung verbunden ist,

b) zwischen dem Brennstoff-Regelventil (U, 66) und einem durch die Hebelanordnune (Id-22; 77, 78, 80) verschiebbaren Gleitstück (28, 75) eine durch dessen Stellung in ihrer Spannung veränderbare Steuerfeder (26, 69) angeordnet ist und

c) Stellvorrichtungen (27,74) für die Vorspannung der Steuerfeder (26,69) und gegebenenfalls der Detektorfeder (20) vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die effektive Fläche der Brennstoff-Membran (25,68) im wesentlichen die gleiche Größe wie die Durchlaßöffnung (24) des Brennstoff-Regelventils (11,66) aufweist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf einem Stift (78) gelagerter Hebel (77) der Hebelanordnung zur Veränderung der Hebelverhälnisses eine zusätzliche Stiftaufnahmebohrung (7Sa) aufweist

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Detektorgehäuse (60), die Hebelanordnung (77, 80), bzw. das Brennstoff-Regelventil (66) Eingriffvorrichtungen (84, 62, bzw. 79a, 62^ zur Begrenzung der Brennstoffzufuhr zum Brenner (73) auf einen Maximalwert einen Minimalwert aufweisen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung einen die Bewegung einer Detektormembran (59) gegen einen Anschlagabsclinitt (626; eines Gehäuses (62) begrenzenden Anschlagvorsprung (79a) umfaßt

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung eine die Bewegung des Hebels (77) gegen das Gehäuse (62) begrenzende Anschlagschraube (84) umfaßt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidzuführung eine mit einem Durchfluß-Regelventil (45) versehene, den Detektor (13; 61, 63) und einen Wärmetauscher (7, 44) über

brückende Nebenschlußleitung (43,46) aufweist

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine vom Detektor (61,63) gesteuerte Fluid-Regeleinheit (32) mit einem Fluid-Regelventil (33).

9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in . einer Brennstoff-Zuleitung (9) ein auf die vom Detektor (13; 61, 63) ermittelte Zuflußrate ansprechendes Brennstoff-Absperrventil (10) vorgesehen ist

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steue-

rung der Erwärmung eines Fluids, mit einem von diesem zu durchströmenden Wärmetauscher, mindestens einem dem Wärmetauscher zugeordneten Brenner, einem in dessen Brennstoffzuführung angeordneten Brennstoff-Regelventil, einem von Fluid beaufschlagten, dessen jeweilige Zuflußrate als Druckdifferenz ermittelnden Detektor mit einer Detektormembran, einer diese beaufschlagenden Detektorfeder und einer mit der Detektormembran verbundenen, jeweils bei deren Bewegung verstellten Hebelanordnung zur Betätigung des Brennstoff-Regelventils.

Bei der aus der GB-PS 13 27 307 bekannten Vorrichtung der eingangs genannten Art sowie der mit dieser im wesentlichen übereinstimmenden, aus der GBPS 12 04 948 bekannten Vorrichtung sind jeweils zwei voneinander völlig getrennte Ventile für den Brenstofffluß vorgesehen, wobei das durch eine Druckdifferenz-Membran beeinflußte Brennstoffauslaß ventil schon bei geringem Fluiddruck völlig öffnet während das eigentliche Regelventil durch eine völlig getrennte Membran in Abhängigkeit vom Gasdruck gesteuert wird. Eine Steuerung der Brennstoffzufuhr entsprechend der Flußrate des zu erwärmenden Fluids ist mit diesen Vorrichtungen nicht möglich, da die Brennstoffzufuhr durch den Gasdruck in der Brennerkammer gesteuert wird. Daher

führt eine Veränderung der Fluid-Flußrate zur Änderung der Fluidtemperatur.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache und zuverlässige Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei verschiedenen Flußraten des zu erwärmenden Fluids dessen Erwärmung auf eine wählbare, im wesentlichen konstante Temperatur und eine Verstellung dieser Temperatur ohne Beeinflussung der Flußrate des Fluids gestattet
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Vorrichtung der

so eingangs genannten Art erfindungsgemäß gekennzeichnet durch die Merkmale a) bis c) des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2—9 definiert

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gewährleistet auch bei Verwendung verschiedener Brennstoffarten eine von Durchsatzänderungen des Fluids unabhängige konstante Abgabetemperatur. Vorteilhafte Ausgestaltungen gestatten unter verschiedenen Fluid- und Brennstoffdurchsatzbedingungen und wechselnden Temperatüren eine einfache Temperatur-Feineinstellung bei erhöhter Sicherheit in niedrigen Flußratenbereichen des Fluids.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung an Hand der beigefügten Zeichnungen weiter erläutert.
Es zeigt

F i g. 1 einen Vertikalschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

3 4

Fig.2 graphisch die Charakteristiken eines Venturi- Steuerfeder 26, die unabhängig von der Verschiebung

rohres und eines Detektors; des Betätigungshebels 21 auf die Brennstoffmembran 25

Fig. 3 graphisch die Charakteristiken einer Hebelan- wirkt Der Druck des in das Brensioff-Regelventil 11 Ordnung und eines Brennstoff-Regelventils; fließenden Gases wirkt sowohl auf «iie Brennstoffmem-

F ig. 4 graphisch das Verhältnis zwischen der Druck- 5 bran 23als auch auf den SchließLörper 23. Dajedoch die differenz am Venturirohr und dem Brennstoff-Zufuhr- dem Gasdruck ausgesetzte effektive Fläche der Brenndruck; Stoffmembran 25 in etwa gleich der Fläche der Durch-

F i g. 5 graphisch das Verhältnis zwischen der Wasser- laßöffnung 24 ist, sind die zum Schließen des Schließkör- Zufuhrrate und der Brennstoff-Zufuhrrate; pers 23 auf die Brennstoft'membran 2ä wirkende Kraft F i g. 6 eine andere Ausführungsform der Erfindung; to und die in Öffnungsrichtung auf den Schließkörper 23 F i g. 7isne Ansicht von der Linie VII-VII in F i g. 6; wirkende Kraft gleich, jedoch entgegengesetzt, so daß F ig. 8 graphisch die Temperatursteuerung; der Gasdruck keine den Schließkörper 23 bewegende Fig.9 graphisch den Wärmeaustausch-Wirkungs- Kraft hervorruft. Andererseits wirkt der Druck des

grad; durch die Durchlaßöffnung 24 zum Brenner 12 geström-

F i g. 10 graphisch das Verhältnis zwischen Wasserzu- 15 ten Gases in Schließrichtung auf den Schließkörper 23.

fuhr und Brennstoffzufuhr bei korrigiertem thermi- Dieser bleibt stationär in seiner Stellung, wenn dieser

schein Wirkungsgrad und Druck mit der in Öffnungsrichtung auf den Schließkör-

F i g. 11 die Charakteristiken der Hebelanordnung per 23 wirkenden Kraft der Steuerfeder 26 ins Gleichge-

und des Brennstoff-Regelventils bei korrigiertem ther- wicht kommt Dadurch wird der Versorgungsdruck des

mischem Wirkungsgrad. 20 Brenners 12 automatisch in Obereinstimmung mit der

F i g. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen gasbefeuerten Belastung der Steuerfeder 26 eingestellt Wenn das Wassererhitzer. Wasser wird von einem Wasserzufuhr- Gleitstück 28 stationär bleibt, ändert sich die Belastung rohr 1 einem Venturirohr 4 mit einer Verengung 2 und der Steuerfeder 26 nicht, so daß sich der Schließkörper einem Zerstäuber 3 zugeführt, anschließend von einem in Übereinstimmung mit jeder Druckänderung des einWärmetauscher 7 erwärmt und aus einem Hahn 8 ent- 25 fließenden Gases bewegt, wie bei üblichen Gasdruckrenommen. Der Wasserdruck vor der Verengung 2 des gulatoren, so daß der Gaszuführdruck zum Brenner 12 Venturirohres 4 wird durch einen Hochdruckauslaß 5, im wesentlichen konstant gehalten wird. Ein Verschieder Druck des Wassers direkt hinter der Verengung 2 ben des Gleitstücks 28 bewirkt eine geänderte BeIadurch einen Niederdruckauslaß 6 erfaßt; die jeweiligen stung der Steuerfeder 26, wodurch der Gaszufuhrdruck Drücke werden einem Detektor 13 und einer später 30 verändert wird.

beschriebenen Betätigungsvorrichtung 29 für ein Die Betätigungsvorrichtung 29 für das Brennstoff-Brennstoff-Absperrventil 10 zugeführt Gas wird von Absperrventil 10 ist mit dem Hochdruckauslaß 5 und einer Brennstoff-Zuleitung 9 zugeführt und strömt dem Niederdruckauslaß 6 des Venturirohres 4 derart durch ein Brennstoff-Absperrventil 10. Sein Druck wird verbunden, daß deren Druckdifferenz das öffnen oder durch das Brennstoff-Regelventil 1 in Ansprache auf 35 Schließen des Brennstoff-Absperrventils 10 bewirkt,
den Wasserdruck eingestellt; anschließend wird das Gas Im folgenden wird die Relation zwischen der Wasserin einem Brenner 12 verbrannt zufuhrrate und der Gaszufuhrrate erläutert Die Bezie-

Der Detektor 13 umfaßt eine Detektormembran 14, hung zwischen der Wasserzufuhrrate an dem Venturi-

zwei konzentrisch mit dieser angeordnete Gleichge- rohr 4 in F i g. 1 und der dortigen Druckdifferenz Pw ist

wichtsmembranen 15, 16 mit kleinerem Durchmesser 40 gegeben durch:

tals die Detektormembran 14 und eine die Membranen

14—16 fest zusammenhaltende Betätigungsstange 19. Pw^kwQw¹ (1) l| Eine der durch die drei Membranen begrenzten und

l| zwischen diesen ausgebildeten Druckkammern ist eine wobei Ar» eine von der Form des Venturirohres 4 und der

Ijrf Hochdruckkammer 17 und mit dem Hochdruckauslaß 5. 45 Art des zu erwärmenden Fluids abhängige Konstante

j Die andere Druckkammer ist eine Niederdruckkammer ist Da die Druckdifferenz Pw zwischen der Hochdruck-

j_; 18 und mit dem Niederdruckauslaß 6 verbunden. Die kammer 17 und der Niederdruckkammer 18 dem Detek-

Il Gleichgewichtsmembranen 15 und 16 sind außenseitig tor 13 zugeführt wird, ist die von diesem abgegebene

ψ dem Atmosphärendruck ausgesetzt Eine Detektorfeder Kraft Fw gegeben durch:

It 20 drängt das obere Ende der Betätigungsstange 19 in 50

Il Richtung von der Niederdruckkammer 18 auf die Hoch- Fw= (S—s)APw (2) r druckkammer 17. Die Betätigungsstange 19 steht mit

i, einem Lagerabschnitt 19f> in Eingriff mit einem Betäti- wobei 5 die effektive Fläche der Detektormembran 14

ψ gungshebe! 21. Durch die Stellung dieser Teile zu einem und s die effektive Fläche der Gleichgewichtsmembran

jp Drehpunkt 22 wird die Verschiebung der Bctätigungs- 55 15 und 16 ist Für AS-S—s wird der Betätigungshebel

i^; stange 19 am freien Ende des Betätigungshebels 21 ver- 21 durch eine Änderung der Kraft ASAPw verschoben.

; größert Der Abstand vom Drehpunkt 22 zum Lagerabschnitt

Das Brennstoff-Regelventil 11 umfaßt einen Schließ- 196, an dem die Betätigungsstange 19 in Eingriff mit

'Q. körper 23 zur Einstellung einer Durchlaßöffnung 24. dem Betätigungshebel 21 ist, sei X und der Abstand vom

ψ Der Schließkörper 23 ist mit einer Brennstoffmembran 60 Drehpunkt 22 zum Berührungspunkt des Beiätigungs-

25 zu gemeinsamer Bewegung verbunden. Eine Steuer- hebeis 21 mit dem Gleitstück 28 sei Y. Die Verschiebung

: feder 26 drängt mit ihrem einen Ende die Brennstoff- des Betätigungshebels 21 am Lagerabschnitt aufgrund

membran 25 in Richtung zur Durchlaßöffnung 24 des der Änderung AQw der Wasserzufuhrrate sei Ax, am

Schließkörpers 23. Das andere Ende drückt gegen eine Berührungspunkt des Betätigungshebels 21 mit dem

in die Innenseite eines Gleitstücks 28 eingeschraubte 65 Gleitstück 28 sei sie Ay, die Federkonstante der Detek-

Stellschraube 27. Das Gleitstück 28 kann in öffnungs- torfeder 20 sei K und die Federkonstante der Steuerfe-

und Schließrichtung des Schließkörpers 23 gleiten. Die der 26 sei Ar. Dann gilt die Gleichung:

Drehung der Stellschraube 27 ändert die Belastung der

ASAPwX-AxKX+AykY
Falls der Betätigungshebel 21 starr ist. gilt:

wobei oc das Hebelverhältnis bezeichnet. Aus Gleichung (3) und Gleichung (4) ergibt sich:

Ay

ASAPw - —

Ay gibt die Kraftänderung der Steuerfeder 26, Pg die Änderung des Gaszufuhrdrucks zum Brenner IZ

Wenn A die effektive Fläche der Brennstoffmembran 25, d. h. die Fläche der Durchlaßöffnung 24 ist, gilt:

PgA-Ayk
dementsprechend gilt:

+ ak

APw

Die integrationskonstante sei C, so daß:
_JS k_

^A - + aK
a

Pw +C

Falls für Pw- OPg auf Null gesteuert wird, gilt:

Ound

— + aK

Pw

Allgemein gilt folgende Beziehung zwischen dem Gaszufuhrdruck Pg und der Gaszufuhrrate Qg-.

(3) die effektive Fläche der Membrane; mechanische Reibungskräfte beeinträchtigen nachteilig die Proportionalität nach Gleichung (1), insbesondere bei niedrigen Wasserzufuhrraten. Zusätzlich führen geringe (i;is/u

_ΙΛ\ 5 führraten zum Brenner 12 zu einer unvollständigen Verbrennung, bzw. wird die Flamme nicht von Brenner zu Brenner übertragen. Daher soll die Gaszufuhr bei zu kleiner Wasserzufuhr unterbrochen werden. Dazu wird die Druckdifferenz im Venturirohr 4 der Betätigungsvorrichtung 29 zugeführt, die bei zu niedrigen Wasser-

(5) zufuhrraten das Brennstoff-Absperrventil 10 schließt.

Da das spezifische Gewicht des Wassers sich stark von dem des Gases unterscheidet, unterscheidet sich Wasser von Gas naturgemäß bezüglich der entsprechenden Druckdifferenzen. Die durch das Venturirohr 4 gegebene Druckdifferenz, sollte selbst bei kleinen Wasserdurchsatzraten zumindest 1000 mm Aq sein, um eine genaue Erfassung sicherzustellen, wohingegen der Gas-

(6) Zuführungsdruck zum Brenner 12 üblicherweise höchstens 50 bis 250 mm Aq beträgt und bei geringen Gaszufuhrraten auf 5 bis 25 mm Aq genau gesteuert werden muß. Somit ist das Verhältnis zwischen Pw und Pg in

(7) Gleichung (9) 40 bis 200. In Gjeichung (9) bedeutet die Abnahme von AS eine Reduktion der effektiven Fläche der Detektormembran 14 des Detektors 13, was wegen der verringerten Erfassungsgenauigkeit unerwünscht ist Andererseits existiert eine obere Grenze für die Flä-

(8) ehe A, damit das Brennstoff-Regelventil 11 nicht zu groß wird.

Es ist somit unmöglich, das Verhältnis AS zu A stark zu verringern; jedoch können die Federkonstanten der beiden Federn 20 und 26 leicht durch Verändern des Wendeldurchmessers oder des Drahtdurchmessers geändert werden, ohne daß die Federn vergrößert werden

(9) 35 oder die Genauigkeit verringert wird. Ein Hebel kann

mit hoher Präzision hergestellt werden, wenn das Hebelverhältnis nicht sehr groß ist Dementsprechend kann

Pg-kgQg*

(10)

* ₊ ak

worin kg eine von der Form und den Ausmaßen des Gasrohres zum Brenner 12 und von der Art des Gases abhängige Konstante ist
Aus den Gleichungen (1),(2) und (10) ergibt sich:

(H)

Somit wird das Gas mit der Gaszufuhrrate Qg in Abhängigkeit von der Wasserzufuhrrate Qirzugeführt

F i g. 2 zeigt das Verhältnis zwischen der Wasserzufuhrrate Qw\md der Druckdifferenz Pw im Venturirohr 4, nämlich die Beziehung der Gleichung (1), und das Verhältnis zwischen der Druckdifferenz Pw in der Druckaufnahmeeinheit 13 und der Kraft Fw, nämlich das Verhältnis aus Gleichung (2). Fig.3 zeigt das Verhältnis der Kraft Fw, die von dem Detektor 13 abgegeben wird, zur Verschiebung A χ der Betätigungsstange 19 und der Verschiebung Ay des Betätigungshebels 21; weiterhin zeigt l-'ip. J tlie von Ay bewirkte Änderung JPg. F i g. 4 zeigt das Verhältnis zwischen dem Gaszufuhrdruck Pg und der Gaszufuhrrate Qg, entsprechend Gleichung (10). F i g. 5 zeigt das Verhältnis zwischen der Wasserzufuhrrate Qw und der Gaszufuhrrate Qg.

Die Verschiebung des Betätigungshebels 21 ändert

durch geeignetes Auswählen der Federkonstanten K und Ar für die beiden Federn 20,26 und des Hebelverhältnisses verringert werden. Da das Verhältnis der Federkonstanten ohne Schwierigkeiten bis auf Werte von mehr als 1000 erhöht werden kann, ist ein Verhältnis von Pw von 40 bis 200 einfach und mit hoher Präzision erreichbar.

F i g. 6 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung. Ein Wasser-Zuführrohr 31 steht in Verbindung mit einer Fluid-Regeleinheit 32. Wasser fließt mit durch ein Fluid-Regel-Ventil 33 gesteuerter Flußrate in eine Druckkammer 34. Eine Fluidmembran 35 und ein Oberteil 36 bilden eine zweite Druckkammer 37, die der Druck eines Niederdruckabschnittes eines Venturirohres 38 durch eine Bohrung 39 erfaßt Die Drücke der Druckkammern 34 und 37 wirken auf entgegengesetzte Seiten der Fluidmembran 35, die so auf den Druckunterschied des Venturirohres 38 anspricht Die aus dem Druckunterschied resultierende Kraft ist im Gleichgewicht mit der Belastung einer innerhalb der zweiten Druckkammer 37 vorgesehenen den Wasserdruck eiristellenden Feder 40, die das durch eine Feder 41 gegen die Fluidmembran 35 gedrängte Fluid-Regelventil 33 betätigt Das Wasser fließt, durch das Fluid-Regelventil 33 geregelt, in eine dritte Druckkammer 42 und dann

7 8

geteilt in das Venturirohr 38 und durch eine Neben- wird, ergibt sich ein geändertes Hebelverhältnis. Zusätzschlußleitung 43. Die Verengung des Venturirohres 38 lieh ist der Hebel 77 mit einer Anschlagschraube 84 erzeugt einen Druckunterschied im Wasserfluß. Der versehen, die bei Berührung mit dem Gehäuse 62 den Druck im Niederdruckabschnitt wird der zweiten Hebel 77 an einer Drehung im Gegenuhrzeigersinn in Druckkammer 37 zugeführt Das Wasser läuft durch das 5 F i g. 6 hindert. Dadurch sinkt selbst wenn die Wasserzu-Venturirohr 38 zu einem Wärmetauscher 44, in dem es fuhr nur sehr gering ist die Gaszufuhr nicht weiter als aufgeheizt wird. auf den niedrigsten vorgesehenen Verbrennungsbetrag

Das von der dritten Druckkammer 42 in die Neben- ab. Die Druckaufnahmeplatte 79 an der Detektormem-

schluBleitung 43 strömende Wasser fließt durch ein bran 59 weist einen Anschlagvorsprung 79a auf, der bei

Durchfluß-Regelventil 45 und dann durch eine Neben- io Berührung mit einem Anschlagabschnitt 626 des Ge-

schlußleitung 46 in einen Mischabschnitt 47 am Ausgang häuses 62 verhindert, daß sich in Fig. 6 der Hebel 77

des Wärmetauschers 44. Die dritte Druckkammer 42 ist weiter im Uhrzeigersinn dreht, auch wenn der Druckun-

mit einer Membran 48 versehen, die zusammen mit ei- terschied an der Detektormembran 59 weiter ansteigt,

nem Oberteil 49 eine vierte Druckkammer 50 bildet. Daher steigt die Gaszufuhr über einen vorgegebenen

Der Druck des Niederdruckabschnittes des Venturiroh- 15 größten Verbrennungsbetrag auch bei stark ansteigen-

res 38 wird der vierten Druckkammer 50 über eine der Wasserzufuhr nicht an.

Druckleitung 51 zugeführt Die Membran 48 bildet eine Im wesentlichen arbeitet die Ausführungsform nach Betätigungsvorrichtung 52 zum öffnen und Schließen F i g. 6 auf die gleiche Weise wie die Ausführungsform

eines Gasventils 56 in Ansprache auf die Wasserzufuhr nach Fig. 1. Die durch das Venturirohr 38 erzeugte

durch das Venturirohr 38. Ein Ventilstößel 54 wirkt mit 20 Druckdifferenz verschiebt die Detektormembran 59 im

einer Druckaufnahmeplatte 53 zusammen und öffnet Gleichgewicht mit der Kraft der Detektorfeder 83 und

das Gasventil 56 gegen die Kraft einer Schließfeder 55. schwenkt den Hebel 77 um den Stift 78. Diese Bewe-

Eine Detektoreinheit 58 umfaßt eine Detektormembran gung führt dazu, daß das Gleitstück 75 die Kraft der

59 und ein eine Detektor-Druckkammer 61 bildendes Steuerfeder 69 zur Regelung der Gaszufuhr ändert. Das

Detektorgehäuse 60. Der Druck in der dritten Druck- 25 Durchfluß-Regelventil 45 ändert bei seiner axialen Ver-

kammer 42 wird der Detektor-Druckkammer 61 durch Schiebung den Widerstand gegenüber dem in die Ne-

eine Druckleitung 57 zugeführt Der Druck des Nieder- benschlußleitung 43 fließenden Fluid. Wenn Wasser von

druckabschnittes des Venturirohres 38 wird durch eine der dritten Druckkammer 42 in das Venturirohr 38 und

Druckleitung 64 einer zweiten Detektor-Druckkammer die Nebenschlußleitung 43 eintritt, ändert das Durch-

63 zugeführt, die von der Detektormembran 59 und ein 30 fluß-Regelventil 45 das Verhältnis der geteilten Ströme.

Gehäuse 62 gebildet wird Da die Detektoreinheit 58 durch den im Venturirohr 38

Gas fließt von einem Gaseinlaß 65 durch das Gasven- erzeugten Differendruck betätigt wird, führt die Ändetil 56 in eine brennstoff-Druckkammer 67 eines Brenn- rung im Strömungsverhältnis zwischen Venturirohr 38 stoff-Regelventils 66, wird der Drucksteuerung durch und Nebenschlußleitung 43 zu einer Änderung der eine Brennstoff-Membran 68, eine Steuerfeder 69 und 35 Druckdifferenz im Venturirohr 38 relativ zur Wasserzueinen Schließkörper 70 unterworfen, fließt durch ein fuhrrate und somit zu einer Änderung des Verhältnisses Gasrohr 71 und strömt aus einer Brennerdüse 72 aus. der Gaszufuhrrate relativ zur gesamten Wasserzufuhr-Das Gas verbrennt mit Luft gemischt in einem Brenner rate, wodurch entsprechend die Temperatur des er-73. Der Druck, auf den das Gas durch den Schließkörper wärmten Wassers im Mischabschnitt 47 verändert wird. 70 gesteuert wird, ist durch die Federkraft der Steuerte- 40 Das Durchfluß-Regelventil 45 dient somit zur Temperader 69 bestimmt, die mit ihrem einen Ende in Eingriff mit tureinstellung. Wenn der Öffnungsgrad des Durchflußeiner Stellschraube 74 steht, die in ein Gleitstück 75 Regelventils konstant bleibt, beeinflußt die Änderung eingeschraubt ist Die Stellschraube 74 wird, nachdem der Wasserzufuhrrate das Strömungsverhältnis zwider gewünschte Druck eingestellt ist, an dem Gleitstück sehen dem Venturirohr 38 und der Nebenschlußleitung 75 festgelegt Das Gleitstück 75 ist in einem Zylinderab- 45 43 nicht, hält jedoch die Gaszufuhrrate im Verhältnis schnitt einer Kappe 76 gleitend gelagert Wie F i g. 7 zur Wasserzufuhrrate. Wird das Durchfluß-Regelventil zeigt ist ein Hebel 77 an einem Stift 78 auf einem Ab- auf einen größeren Wert geöffnet, steigt der Wasserschnitt 62a des Gehäuses 62 gelagert und trägt an sei- durchfluß durch die Nebenschlußleitung 43 an, so daß nem einen Ende einen Betätigungsstab 80. Dieser ist warmes Wasser verhältnismäßig geringer Temperatur gemeinsam mit einer Druckaufnahmeplatte 79 beweg- 50 im Mischabschnitt 47 zur Verfügung steht Wenn umgebar, die mit der Detektormembran 59 der Detektorein- kehrt das Durchfluß-Regelventil 45 stärker geschlossen heit 58 zusammenwirkt wird, steht heißes Wasser zur Verfügung. Wegen des

Das andere Ende des Hebels 77 trägt einen von dem Verhältnisses zwischen der zur Verfügung stehenden GleitstOck 75 des Brennstoff-Regelventils 66 hervorste- Heißwassermenge und dem Ansteigen der Wassertemhenden Stift 81. Eine Feder 82 wirkt auf den Stift 81 und 55 peratur kann eine größere Menge von Wasser mit verdrängt das Gleitstück 75 fortwährend gegen den Hebel hältnismäßig geringer als mit hoher Temperatur ent-77. Dadurch wird, wenn Wasser durch das Venturirohr nommen werden. F i g. 8 zeigt das Verhältnis zwischen 38 strömt, die Detektormembran 59 gegen die Kraft dem Wasserdurchsatz und der Wassertemperatur. Kureiner Detektorfeder 83 verschoben. Die Verschiebung ve A stellt die maximale Abgabe, Kurve B die Minimalder Detektormembran 59 wird durch den Betätigungs- 60 abgabe dar, der Raum zwischen den Kurven A und B stab 80 und den Hebel 77 auf das Gleitstück 75 übertra- bezeichnet den Bereich der verfügbaren Wassermenge, gen, das seinerseits die Steuerfeder 69 komprimiert oder Die Linie //zeigt eine Einstellung mit einer hohen Temexpandieren läßt, wodurch sich entsprechend der Gas- peratur im Bereich von 2?—can.
zufuhrdruck zum Brenner 73 ändert Der Hebel 77 und Die Linie M zeigt eine mittlere Temperatureinstelder Abschnitt 62« des Gehäuses 62 sind nut einer zu- 65 lung im Steuerbereich von /— g an. Bei der Niedrigtemsätzlichen Stiftaufnahmebohrung Tta versehen, die von peratureinstellung nach Linie L stehen große Wasserder Bohrung des Hebelstiftes 78 verschieden ist Wenn mengen zur Verfügung, jedoch müssen Druckverluste in der Stift 78 in die Stiftaufnahmebohrung 78a eingesetzt den Wasserleitungen vermindert werden, um die Ausga-

9 10

bemenge zu erhöhen. Da die Druckverluste im wesentli- das Wasser nicht auf konstante Temperatur aufgeheizt chen im Venturirohr 38 und dem Wärmetauscher 4 auf- wird. Die Temperatur kann unabhängig von der Wastreten, ist ein Nebenanschluß dieser Teile zur Verringe- serzufuhr durch Variieren des Verhältnisses von Brennrung von Druckverlusten geeignet Ein Punkt kin Fig. 8 stoffzufuhr und Wasserzufuhr auf einen konstanten indiziert die abnehmbare Maximalmenge an Wasser, 5 Wert angehoben werden, um den Wärmeaustauschwenn nur das Venturirohr 38 einen Nebenschluß erhält; Wirkungsgrad zu korrigieren. Für den Fall des Wärmeein Punkt k die Maximalmenge, wenn sowohl das Ven- austausch-Wirkungsgrad des nach Linie A wird die Gasturirohr 38 als auch der Wärmetauscher 44 einen Ne- zufuhrrate etwas größer als das der Linie A in F i g. 10 benschluß erhalten. Bei abgeschalteter Wasserzufuhr entsprechende Verhältnis eingestellt, um die Verhindewird das Wasser in dem Wärmetauscher 44 durch des- io rung des Wärmeaustausch-Wirkungsgrades zu komsen Wärmekapazität und durch einen Pilot- oder Zünd- pensieren, während für den Fall des Wärmeaustauschbrenner (nicht dargestellt) erhitzt, so daß unerwünscht Wirkungsgrades nach Linie B in F i g. 9 die Gaszufuhr heißes Wasser aus dem Wärmetauscher austreten kann. etwas kleiner als das der Linie B in F i g. 10 entsprechen-Dies läßt sich vermeiden, wenn kaltes Wasser durch die de Verhältnis eingestelh „ird, um das Ansteigen des Nebenschlußleitungen 43 und 46 mit dem heißen Was- 15 Wärmetausch-Wirkungsgrades zu korrigieren. Die Chaser im Mischabschnitt 47 gemischt wird. rakteristik in F i g. 10 kann erreicht werden, indem das

Wenn die Wasserzufuhr den Punkt g auf der Linie M Verhältnis Pg= Pg₀ wenn Pw=O in Gleichung (8) einge-

(mittlere Temperatureinstellung) überschreitet, erreicht stellt wird. Dazu wird die Detektorfeder 83 verkürzt, um

der Brenner 73 seine obere Kapazitätsgrenze und liefert selbst bei Anwesenheit der Druckdifferenz eine Ver-

ab Punkt Λ Wasser mit reduzierter Temperatur. Dies ist 20 Schiebung von xo zu erzeugen wie F i g. 11 zeigt Die

unerwünscht; die Wasserzufuhr sollte daher auf den Verschiebung von xo wird durch den Hebel 77 vergrö-

Punkt g beschränkt werden. Darum wird die Dnickdif- ßert, woraus eine Verschiebung von yt für das Gleit-

ferenz am Venturirohr 38 der Fluidmembran 35 züge- stück 75 resultiert, die einen Gaszufuhrdruck Pgo liefert

führt; das Fluid-Regelventil 33, der Fluid-Regeleinheit Da die Betätigungsvorrichtung 52 zu diesem Zeitpunkt

32 steuert so die Wasserzufuhr auf einen Wert, der den 25 noch in Ruhestellung ist, tritt keine Gaszufuhr ein. Aus

Punkt g nicht überschreitet. Wenn die Temperaturein- Gleichung (11) ergibt sich die Gaszufuhrrate relativ zur

stellung geändert wird, ändert sich automatisch der Wasserzufuhrrate:

Wasserzufuhr-Steuerpunkt Auf diese Weise weist das

Venturirohr 38 die gleiche Druckdifferenz am Punkt c Qg =~\ /*" — * + A₀ Qw (12)

auf Linie II der Hochtemperatureinstellung wie am 30 I / Ic_x A K_ ₊ ,
Punkt g auf, obwohl die gesamte Wasserzufuhr sich ent- \ _a
sprechend Gleichung (9) unterscheidet Da diese Druckdifferenz der Fluidmembran 35 zugeführt wird, ist die Da bei kleiner Wasserzufuhrrate die Gaszufuhrrate Wasserzufuhr auf die Punkte g und c einstellbar. Das größer als das Verhältnis eingestellt ist wohingegen bei Venturirohr 38 hält die Druckdifferenz in Kurve A kon- 35 größerer Wasserzufuhrrate Gas nahezu proportional stant Die durch das Fluid-Regelventil 33 geregelte Was- zur Wasserzufuhrrate zugeführt wird, können Änderunsermenge variiert automatisch mit der Änderung der gen in der Temperatur des abnehmbaren heißen Was-Temperatureinstellung durch das Durchfluß-Regelven- sers über den Wärmeaustausch-Wirkungsgrad korritil 45. Somit wird die eingestellte Temperatur stabil ge- giert werden. Im Falle der Charakteristik nach F i g. 9, halten. 40 Linie B, ergibt die Verwendung einer längeren Detek-

Das Hebelverhältnis des Hebels 77 ist durch ein Ein- torfeder 83 einen zu dem oben beschriebenen umgesetzen des Stiftes 78 in die Stiftaufnahmebohrung 78a kehrten Effekt, was die Charakteristik nach F i g. 10. Liveränderbar. Stadtgas und Erdgas werden dem Brenner nie B ergibt Andererseits kann die gleiche Korrektur mit unterschiedlichen Drücken zugeführt; die Vorrich- durch die Verwendung einer Steuerfeder 69 mit größetung ist für derartig verschiedene Brennstoffe verwend- 45 rer Kraft bewirkt werden, wodurch der in F i g. 11 gebar, ohne daß eine komplexe Einstellung notwendig ist zeigte Gaszuführdruck Pg₀ erhalten wird,
vielmehr läßt sich das Hebelverhältnis et in Gleichung Obwohl die beschriebenen Ausführungsformen für (11) leicht durch Versetzen des Stiftes 78 verändern. Wasser als zu erhitzendes Fluid und Gas als Brennstoff

Ist die Gaszufuhrrate proportional der Wasserzufuhr- ausgelegt sind, können beliebige Fluide und beliebige

rate und der Wirkungsgrad des Wärmetauschers kon- 50 fluide Brennstoffe verwendet werden.

stant wird das Wasser auf konstante Temperatur aufge-

heizt da die vom Wasser aufgenommene Wärmemenge Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

proportional der Wasserzufuhrrate ist Der Wärmeaus-

tausch-Wirkungsgrad variiert jedoch mit dem Verhältnis zwischen Luft und Brennstoff (Luftüberschußfaktor). 55
F i g. 9 zeigt das Verhältnis zwischen der Verbrennungsmenge und dem Wärmeaustausch-Wirkungsgrad. Linie
A zeigt das durch einen üblichen Bunsenbrenner bei
Normaldruck ohne Regelung des Luftüberschußfaktors
erzielte Verhältnis, linie B das Verhältnis bei konstan- 60
tem Luftüberschußfaktor. Wenn die Vorrichtung die
Wärmeaustausch-Charakteristik entsprechend Linie A
aufweist, wird die Wärme dem Wasser mit einer gegenüber der Anstiegsrate der Wasserzufuhr höheren Rate
zugeführt, wohingegen bei Linie B die Wärmezufuhr«- 65
te niedriger als die Wasserzufuhrrate ist Die von dem
Wasser absorbierte Wärmemenge ist dann nicht der
Änderung der Wasserzufuhrrate proportional, so daß

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   !.Vorrichtung zur Steuerung der Erwärmung eines Fluids.

   mit einem von diesem zu durchströmenden Wärmetauscher (7,44),

   mindestens einem dem Wärmetauscher zugeordneten Brenner (12,73),

   einem in dessen Brennstoffzuführung angeordneten Brennstoff-RegelventU (11),
   einem von Fluid beaufschlagten, dessen jeweilige Zuflußrate als Druckdifferenz ermittelnden Detektor (13) mit einer Detektormembran (14),
   einer diese beaufschlagenden Detektorfeder (20) und

   ehier mit der Detektormembran (14) verbundenen, jeweils bei deren Bewegung verstellten Hebelanordnung (21) zur Betätigung des Brennstoff-RegeJventils(ll),