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Regelvorrichtung für einen Ölbrenner
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelvorrichtung fUr einen Ölbrenner,
bei der von der die Pumpe mit der Ölaustrittsstelle verbindenden Zulaufleitung eine
RUcklaufleitung abgeht, die ein Regelventil aufweist.
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Bei einer bekannten Regelvorrichtung dieser Art (US-PS 35 66 901)
weist das Regelventil einen Kolben auf, der auf der einen Seite vom Druck am Eingang
der DUse und auf der anderen Seite vom Saugdruck der Pumpe und einer einstellbaren
Sollwertfeder belastet ist.
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Aus diesem Grund wird in Abhängigkeit von der Federeinstellung ein
vorbestimmter Druck vor der DUse aufrecht erhalten. Die abgegebene Ölmenge hängt
von der Düse, dem vorbestimmten Druck und dem Gegendruck am DUsenausgang ab. Da
sich eine DUse gewählter Größe im Laufe der Zeit verändert und auch der Gegendruck
von zahlreichen Faktoren, z.B. der Witterung, abhängt, sind Schwankungen der pro
Zeiteinheit zugefügten Ölmenge, insbesondere ein Absinken, unvermeidlich. Um eine
Mindestheizleistung garantiert aufrecht zu erhalten, muß daher eine vorsorglich
zu große Ölmenge einstellt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelvorrichtung der
eingangs beschriebenen Art anzugeben, die es ermöglicht, eine vorgegebene Heizleistung
mit der geringstmöglichen Ölmenge zu erzielen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Zulaufleitung
eine im Betrieb feste Meßblende angeordnet ist, die Rucklaufleitung stromaufwärts
der Meßblende abzweigt und das Regelventil vom Druck vor und hinter der Meßblende
sowie einer Sollwertfeder beaufschlagt ist und den Druckabfall an der Meßblende
konstant hält.
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Dadurch, daß das Regelventil in der Rucklaufleitung so geregelt wird,
daß der Druckabfall an der Meßblende konstant ist, fließt ueber die Meßblende eine
konstante Ölmenge pro Zeiteinheit. Weil die Meßblende in Reihe mit der Ölaustrittsstelle
liegt, wird dem Ölbrenner diese konstante Ölmenge pro Zeiteinheit zugeführt.
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Dieses Ergebnis ist unabhängig von dem Gegendruck im Heizkessel und
von der Beschaffenheit der Ölaustrittsstelle, beispielsweise von Ablagerungen an
der DUse. Wenn allerdings dieser konstante Durchfluß erzwungen wird, ist der Druck
vor der Ölaustrittsstelle nicht mehr konstant, sondern ändert sich in entsprechendem
Maße. Dies ist jedoch unschädlich, weil die bekannten Ölaustrittsstellen in einem
gewissen Druckbereich funktionsfähig bleiben. Ubliche HochdrucköldU-sen beispielsweise
sind in einem Druckbereich einsetzbar, dessen Endwerte im Verhältnis 2 : 1 stehen.
Es ist daher immer möglich, passend zu einer durch die Regelvorrichtung eingestellten
Ölmenge pro Zeiteinheit eine Ölaustrittsstelle, insbesondere eine DUse, zu wählen,
die Uber den gesamten Bereich möglicher Druckänderungen funktionsfähig ist.
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Auf diese Weise gelingt es, eine Ölfeuerung mit einer äußerst konstanten
Heizleistung zu betreiben. Dies ist insbesondere von Interesse, wenn nur kleine
Ölmenge pro Zeiteinheit verfeuert werden sollen, beispielsweise weniger als 1 l/h,
weil bei der bisherigen Betriebsweise gerade bei kleinen Mengen die Schwankungen
prozentual besonders groß waren. Wenn eine bestimmte Heizleistung garantiert werden
muß, kommt man daher mit einer dieser Leistung entsprechenden minimalen Ölmenge
aus und braucht nicht, wie bisher, weil die äußeren Umstände zu einer Verminderung
der Menge führen könnten, von vornherein eine vorsorglich zu große Ölmenge zuzuführen.
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Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die gewünschte Heizleistung
sehr leicht eingestellt werden kann.
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Innerhalb eines gewissen Bereichs läßt sich die Einstellung mit Hilfe
der Sollwertfeder verändern. Bei größeren Änderungen empfiehlt sich ein Austausch
der Meßblende.
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Noch günstiger ist es allerdings, wenn die Meßblende verstellbar ist.
Man kann dann mit einer einheitlichen Regelvorrichtung und einer gegebenen Pumpe
den gesamten Kapazitätsbereich dieser Pumpe beherrschen, also mit einer aus Pumpe
und Regelvorrichtung bestehenden Einheit einen sehr großen Teil der üblichen Ölbrenner
betreiben.
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Eine besonders einfache Ausführung einer verstellbaren Meßblende ergibt
sich, wenn die Meßblende mindestens zwei in Reihe in der Zulaufleitung liegende
Einzelblenden aufweist, zwischen denen je ein wahlweise sperrbarer Bypaßkanal abgeht.
Durch Sperren des Bypaßkanals bzw. der Bypaßkanäle wird wahlweise eine einzige Einzelblende
oder eine Reihenschaltung von zwei oder mehr Einzelblenden wirksam gemacht. Infolgedessen
ergeben
sich Meßblenden mit unterschiedlichem Drosselwiderstand. Je größer die Zahl der
hintereinander geschalteten Einzelblenden, umso größer ist der Drosselwiderstand
und umso kleiner ist die einem vorgegebenen Druckabfall zugeordnete Durchflußmenge.
Darüber hinaus ergibt sich bei hintereinandergeschalteten Einzelblenden der Vorteil,
daß die Blendenöffnung auch für relativ kleine Mengen vergleichsweise groß sein
kann und daher nicht die Gefahr einer Verstopfung durch Schmutzteilchen besteht.
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Konstruktiv empfiehlt es sich, daß mehrere Bypaßkanäle axial versetzt
in einen gemeinsamen Zylinder münden und die Kanalmündungen durch einen verschiebbaren
Kolben abdeckbar sind. Durch eine Verstellung des Kolbens läßt sich die Zahl der
jeweils wirksamen Einzelblenden leicht ändern.
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Vielfach ist es auch günstig, daß zumindest ein Teil der Einzelblenden
unterschiedliche Durchtrittsquerschnitte hat. Hierdurch ergibt sich eine noch größere
Variationsmöglichkeit bei der Gestaltung der Meßblende.
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Insbesondere können die Einzelblenden größeren Durchtrittsquerschnitts
den Einzelblenden kleineren Querschnitts vorgeschaltet sein. Damit wird erreicht,
daß bei größerer Durchtrittsmenge große Durchflußquerschnitte wirksam und die kleineren
Durchtrittsquerschnitte durch Bypaßkanäle überbrückt sind. Kleine Durchtrittsmengen
dagegen werden auch über mindestens eine Einzelblende kleineren Durchtrittsquerschnitts
geleitet.
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Mit besonderem Vorzug ist das Regelventil ein Membranventil. Die Membran
hat eine verhältnismäßig große Druckfläche. Infolgedessen genügt bereits ein kleiner
Druckabfall an der Meßblende, um verhältnismäßig große Stellkräfte am Regelventil
zu erzeugen. Entsprechend stark kann die Sollwertfeder gewählt werden. Anders als
bei einem Regelkolben muß nicht ein Teil der Stellkräfte zur Uberwindung der Reibung
aufgewendet werden.
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Es ergibt sich daher ein sehr sicherer, genauer Betrieb.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dafür gesorgt, daß das Regelventil
durch ein bei einem vorgegebenen Druck ansprechenden Sicherheitsventil überbrückt
ist. Dieses Sicherheitsventil verhindert ein über mäßiges Ansteigen des Drucks,
wenn aus irgendeinem Grund das Regelventil versagen sollte, beispielsweise wenn
die Membran undicht wird oder wenn im Austrittsrohr eine zeitweilige Unterbrechung
des Ölstroms erfolgt.
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Besonders vorteilhaft ist die Anwendung der Regelvorrichtung bei einem
Ölbrenner mit Aufbereitung des Öls durch Hilfsenergie, insbesondere bei einem Vergasungsbrenner.
Solche Ölbrenner arbeiten ohne die übliche Druckzerstäubung, weil das System eine
Luft-Zerstäubung, UltraschallZerstäubung oder Bobbinton-Zerstäubung aufweist oder
weil das Öl durch Verdampfung fein verteilt wird. In all diesen Fällen genügen sehr
geringe Ölförderdrücke. Infolgedessen ist bei einer Druckregelung die Abhängigkeit
der gewünschten Öl menge pro Zeiteinheit vom Gegendruck und von Ablagerungen im
Bereich der Austrittsstelle prozentual noch größer als Ölbrennern mit Druckzerstäubungsdüsen.
Mit Hilfe der neuen Regelvorrichtung läßt sich auch hier die gewünschte Heizleistung
sehr genau aufrechterhalten.
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Auch für diese Systeme gilt, daß die Meßblende so gewählt werden kann,
daß die an der Ölaustrittsstelle
auftretenden Druckänderungen die
Funktionsfähigkeit nicht beeinträchtigen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter,
bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische
Darstellung einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung in Verbindung mit einer Druckzerstäubungsdse,
Fig. 2 in einer Teildarstellung eine abgewandelte Meßblende in Verbindung mit einem
Vergasungsbrenner und Fig. 3 Arbeitskennlinien der Regelvorrichtung in einem Druck-Mengen-Diagramm.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 fördert eine Ölpumpe 1 Brennöl
aus einem Tank 2 über eine Zulaufleitung 3 zu einer als Ölaustrittsstelle dienenden
Zerstabungsdüse 4. Diese fördert Öl als Sprühkegel 5 in eine Brennkammer 6. Rings
um die Düse ist ein Kanal 7 für die Zufuhr von Brennluft 8 vorgesehen. In der Zuleitung
3 befindet sich eine Meßblende 9. Vor der Meßleitung geht eine zum Tank 2 führende
Rückleitung 10 ab, in der ein Regelventil 11 angeordnet ist.
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Das Regelventil 11 besitzt eine Membran 12, welche durch eine Sollwertfeder
13 belastet ist. Der Sollwert ist mittels eines Stellgriffs 14 einstellbar. Die
Membran überdeckt als Verschlußstück einen Ventilsitz 15, der von einem Druckraum
16 umgeben ist. In ihm herrscht ein Druck P1, nämlich der Druck vor der Meßblende
9. Auf der gegenüberliegenden Seite befindet sich ein Druckraum 17, der über eine
Leitung 18 mit
dem Zuleitungsabschnitt zwischen Meßblende 9 und
Düse 4 verbunden ist. In ihm herrscht infolgedessen der Druck P2 hinter der Meßblende
9.
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Wenn im Betrieb die Pumpe 1 Öl über die Meßblende 9 zur Düse 4 fördert,
ergibt sich an der Meßblende 9 ein Druckabfall. Dieser wirkt auf die Membran 12,
so daß sich unter Berücksichtigung der Kraft der Sollwertfeder 13 ein Gleichgewichtszustand
einstellt.
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Daher fließt ein Teil des von der Pumpe 1 geförderten Öls über die
Rückleitung 10 zum Tank 2 ab. Wenn der Druckabfall an der Meßblende 9 auf diese
Weise konstant gehalten wird, ist auch die der Düse 4 zugeführte Ölmenge pro Zeiteinheit
konstant. Mit Hilfe des Stellgriffs 14 kann die Kraft der Sollwertfeder 13 geändert
und damit auch die vorgegebene Menge eingestellt werden.
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Das Regelventil 11 wird von einem Sicherheitsventil 19 überbrückt,
das öffnet, wenn der Pumpendruck einen vorgegebenen Wert übersteigt. Auf diese Weise
ist sichergestellt, daß kein Schaden entstehen kann, wenn aus irgendeinem Grund
das Regelventil 11 versagt, beispielsweise weil infolge einer momentanen Unterbrechung
kein Öl durch die Meßblende 9 hindurchfließt und daher die beiden Drücke P1 und
P2 einander gleich sind.
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Bei der Ausfuhrungsform nach Fig. 2 ist eine einstellbare Meßblende
29 vorgesehen. Diese weist sieben in Reihe angeordnete Einzelblenden 30 bis 36 auf.
Zwischen den Einzelblenden geht jeweils ein Bypaßkanal 37 bis 42 ab; diese Kanäle
münden in einem gemeinsamen Zylinder 43. Die Mündungen sind durch einen Kolben 44
abgesperrt, der mittels einer Stange 45 und einer Handhabe 46 im Zylinder 43 verschiebbar
ist. Die letzte Einzelblende 36 und der Zylinder 43 führen zu einem
i'ilr'am
47, der mit der Ölaustrittsstelle 48 verbunden ist. Schematisch ist angedeutet,
daß die Durchflußöffnungen der Einzelblenden 30, 31, 32 und 33 jeweils abnehmenden
Querschnitt haben und daß die folgenden Einzelblenden jeweils den gleichen kleinen
Querschnitt besitzen.
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In der veranschaulichten Stellung des Kolbens 44 sind sämtliche sieben
Einzelblenden 30 bis 36 in Reihe geschaltet. Bereits eine kleine Durchflußmenge
führt zu einem verhältnismäßig großen Druckabfall. Auf diese Weise lassen sich sehr
kleine Kapazitäten von beispielsweise 0,2 bis 1,5 l/h mit Einzelblenden beherrschen,
die eine so große Durchtrittsöffnung haben, daß diese nicht durch Schmutzteilchen
verstopft werden können. Wenn der Kolben 44 durch Verschieben nach links den ersten
Bypaßkanal 42 freigibt, ist die letzte Einzelblende 36 unwirksam. Entsprechend sinkt
der Gesamtwiderstand der Meßblende 29. Wenn der Kolben 44 sehr weit nach links geschoben
wird, sind nur noch Einzelblenden größerer Durchtrittsöffnung wirksam, so daß verhältnismäßig
große Durchflußmengen hindurchstriemen müssen, damit der das Regelventil 11 zum
Ansprechen bringende Druckabfall auftritt. Auf diese Weise läßt sich für den gesamten
Kapazitätsbereich einer Pumpe innerhalb eines Druckbereichs von bis zu 25 bar das
Verhältnis zwischen der zur Ölaustrittsste]le 48 geförderten Ölmenge und der erforderlichen
Pumpenleistung auf einem angemessenen Niveau halten.
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An die Ölaustrittsstelle 48 ist ein Vergasungsbrenner 49 angeschlossen.
Dieser weist eine Vergasungskammer 50 mit einem elektrisch beheizbaren Mantel 51
auf. In diese Kammer 50 gelangendes Öl wird daher verdampft und vergast. Das Gas
tritt mit einer durch die '$olumenvergrößerung vorgegebenen Geschwindigkeit
aus
der Kammer 50 nach vorn in einen Bereich 52 aus.
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Hier erfolgt eine Vermischung mit über einen konischen Ringkanal 53
zugeführter Luft 54. Ein solcher Vergasungsbrenner kann mit sehr unterschiedlichen
Ölmengen betrieben werden, angefangen von kleinen Kapazit..ten von etwa 0,2 l/h
bis zu mehreren Litern pro Stunde.
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Der gesamte Bereich kann mit Hilfe der Meßblende 29 eingestellt werden.
Hierbei erfolgt eine Grobeinstellung durch die Blendenwahl und eine Feineinstellung
durch die Sollwertfeder 13.
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In Fig. 3 ist in einem Diagramm über der Durchflußmenge Q in Litern
pro Stunde der Druck P1 vor der Meßblende 9 aufgetragen. Man erkennt, daß wenn die
Pumpe auf einen Maximaldruck von PO eingestellt worden ist, sich in Abhängigkeit
von der Größe der gewählten Meßblende 9 und der Einstellung der Sollwertfeder 1s
Kennlinien ergeben, gemäß denen eine konstante Menge Q über einen großen Druckbereich
zur Austrittsstelle gefördert wird. Der tatsächliche Druck hängt von dem Gegendruck
im Feuerungsraum 6, und vom Widerstand an der Düse oder sonstigen Austrittsstelle
ab.
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Anstelle des Vergasungsbrenners 49 können auch andere ohne Druckzerstäubung
arbeitende Brenner eingesetzt werden, beispielsweise solche mit Ultraschall-Zerstäubung,
Luft-Zerstäubung oder Bobbinton-Zerstäubung.
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Die Blende kann auch auf andere Weise verstellbar gemacht werden,
beispielsweise indem zwei die Öffnung begrenzende Teile relativ gegeneinander verschiebbar
sind.