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Verhältnis-Regeleinrichtung für Gasheizgeräte
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung zur Einhaltung
eines konstanten Gas/Luft-Verhältnisses in einem Gasheizgerät, bestehend aus einem
Gasbrenner, der in eine Brennkarnmer mit Luftzufuhrleitung und Rauchabzugsleitung
eingebaut ist, einem in der Brennkammer angeordneten Wärmetauscher und einem Gasdruckregler
mit mindestens einer mit einem Stellventil zu einer Einheit zusammengebauten Membrane
sowie einem Ventilator im Rauchgasstrom oder im Brennluftstrom.
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Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung soll das Verhältnis zwischen
Brenngasdurchflußmenge und Brennluftdurchsatz in einem Gasheizgerät konstant halten,
das mit einem Ventilator mit stufenlos oder stufenweise verstellbarer i,uftförderung
oder mit einem Ventilator mit konstanter Luftförderung und einem Regler zur Steuerung
der Luftstrommenge zum Brenner ausgerüstet ist, wobei der Ventilator den Luftstrom
entweder direkt durch Zuführung der Luft von außen oder aber indirekt durch Ansaugen
der Verbrennungsprodukte steuert; die letztgenannte
Anordnung wird
bei Heizgeräten mit Gasdruckregler vorgesehen.
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Es ist bekannt, daß Heizanlagen in der Regel für einen festgelegten
maximalen Wärmebedarf ausgelegt sind, wobei sie allerdings in der Praxis nicht ständ-ig
mit voller Heizleistung betrieben werden.
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Daher wird entsprechend dem jeweiligen Heizbedarf die Durchflußmenge
des Brenngases verändert, beispielsweise mit Hilfe eines Durchflußreglers, der als
sogenannter Minimum-Maximum-Regler, oder als "Stufenregler", oder als "Verhältnis-Regler"
oder als eine Kombinationen dieser Regelungsarten ausgeführt sein kann.
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Weiterhin ist bekannt, daß bei einem Heizgerät, dessen Heizleistung
immer im Bereich des maximalen Leistungswertes abgeben werden soll, die Notwendigkeit
besteht, das Verhältnis zwischen der in die Brennkammer eingeleiteten Luftmenge
und der jeweiligen Gasdurchflußmenge konstant zu halten; dies kann entweder durch
einen Ventilator mit variabler Luftförderung oder mit einem Ventilator mit fest
eingestellter Drehzahl und einer Vorrichtung zur Regulierung des Luftdurchsatzes
erfolgen, wobei der Ventilator die Luftzufuhr zur Brennkammer in Abhängigkeit von
der Gasdurchflußmenge steuert.
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Es ist gleichfalls bekannt, daß das Gas/Luft-Verhältnis bei geänderter
Gasdurchflußmenge nahezu konstant gehalten werden muß, was entweder durch ein Signal
eines geeigneten Rauchgasanalysators, der beispielsweise den Sauerstoffgehalt der
Verbrennungsprodukte kontrolliert, oder durch mit Heißleitern (Thermistoren) ausgerüstete
elektronische Regler oder aber durch erstellung einer geeigneten mechanischen Verbindung
zwischen dem Regler für den Brennluftdurchsatz und dem Regler für die Brenngasdurchflußmenge
herbeigeführt werden kann, so daß beide Durchflußmengen synchron verändert werden.
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Ilierbei handelt es sich um extrem kostenaufwendige Systeme (Rauchgasanalysatoren)
oder um schwer einstellbare Systeme, zumal da die
Heizgeräte in
der Regel als sogenannte "Multigas"-Geräte ausgeführt sein müssen, so daß sie ohne
weiteres mit der jeweils verfügbaren Gasart betrieben werden können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung
zu schaffen, die geeignet ist, das Gas/Luft-Verhältnis konstant zu halten, und deren
konstruktive und funktionale Merkmale die beim Stand der Technik auftretenden Mängel
ausschließen, wobei die Regeleinrichtung als solche kostengünstig herstellbar, einfach
und sicher zu handhaben und ohne weiteres an die diversen Gasarten anpaßbAr-sein
muß, mit denen das Heizgerät betrieben werden soll, wobei es auch über einen längeren
Zeitraum hinweg nicht zu Abweichungen der Regelgrößen kommen darf.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als weitere
FunktionsglieEer eine in die Rohrleitung des Luftstromes oder in die Rohrleitung
des Rauchgasstromes eingesetzte Drossel,ein Membranmeßwerk zur Aufnahme des Differenzdrucks
vor und nach der Drossel sowie einen proportional wirkenden, mechanischen Stellantrieb
zwischen dea Membranmeßwerk und der Reglermembran vorgesehen sind.
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Durch diese Lösung wird das Grundprinzip verwirklicht, daß die jeweils
gegebene Gasdurchflußmenge direkt über den vom Luftdurchsatz an einer Drosselstelle
erzeugten Druckabfall gesteuert wird, und zwar mit Hilfe einer Hebelvorrichtung,
die auf einen im Gasstrom vorgesehenen Druckregler wirkt.
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Weitere Merkmale der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung und die mit
ihr erzielten Vorteile gehen aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
und aus der beigefügten Zeichnung hervor.
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Es zeigt:
Fig. 1 die schematische Darstellung einer
erfindungsgemäßen Regeleinrichtung.
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In der Zeichnung wird ein Gasheizgerät insgesamt mit 1 bezeichnet,
in das eine erfindungsgemäße Verhältnis-Regeleinrichtung eingebaut baut ist.
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Das Heizgerät 1 besteht aus einer Brennkammer 2 mit einer Rohrleitung
3 für den in Pfeilrichtung F geführten Luftstrom und einer Rohrleitung 4 für den
in Pfeilrichtung G abgeleiteten Rauchgasstrom.
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In der Brennkammer 2 sind ein Gasbrenner 5 und ein Wärmetauscher 6
angeordnet, der von den Rauchgasen umströmt wird und durch den im dargestellten
Ausführungsbeispiel das aufzuheizende Wasser hindurchfließt, das über die Rohrstutzen
7 und 8 ein- und austritt, die ihrerseits an ein herkömmliches, nicht gezeichnetes
Leitungsnetz angeschlossen sind.
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Der Gasbrenner 5 wird über einen Gasdruckregler 9 und eine Rohrleitung
10 gespeist, an deren Ende eine oder mehrere Düsen 11 zur Versorgung des Brenners
5 angebracht sind.
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Nicht dargestellt sind die weiteren Regel- und/oder Sicherheitsorgane,
die gemeinhin bei einem Gasbrenner vorgesehen werden, da sie nicht erfindungserheblich
und zudem allgemein bekannt sind.
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Der Druckregler 9 umfaßt im einzelnen ein Ventilgehäuse 12, in dem
der gestrichelt dargestellte Gasstrom 13 durch einen Einlaßstutzen 14, der an eine
herkömmliche und folglich nicht dargestellte Gasquelle angeschlossen ist, und durch
einen Auslaßstutzen 15 definiert wird, der an die Rohrleitung 10 angeschlossen ist.
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Der Gasdruckregler 9 umfaßt des weiteren einen beweglichen Ventilkörper
16, dessen Sitz 17 in das Ventilgehäuse 12 eingearbeitet ist.
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Mit 18 wird eine elastische Membran bezeichnet, die hinter dem Ventilsitz
17 angeordnet und peripher am Ventilgehäuse 12 befestigt ist; der Ventilkörper 16
ist mit der Membran 18 zu einer Einheit zusammengebaut.
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Durch die Wirkung der Membran 18 wird der Ventilkörper 16 je nach
Bedarf in axialer Richtung vom Ventilsitz 17 weg bzw. zum Ventilsitz 17 hin bewegt.
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Die hinter dem Ventilsitz 17 angeordnete Membran 18 ist mit einem
koaxial zum Ventilkörper 16 angeordneten Stößel 19 versehen, der auf der dem Ventilkdrper
16 ertgegengesetzten Seite geführt wird.
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Der beschriebene Gasdruckregler 9 ist ein sogenannter direkt wirkender
ReglerS selbstverständlich kann ebensogut ein sogenannter indirekt wirkender Regler
vorgesehen werden.
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Um den Brennl;turchsatz in Funktion des jeweiligen Heizbedarfs zu
regulieren, ist das Heizgerät mit einem Ventilator 20 mit variabler Geschwindigkeit
ausgerüstet, dessen Luftleistung je nach Bedarf auf einfache und bekannte Weise
verstellt werden kann. Anstelle des Ventilators mit variabler Geschwindigkeit kann
auch ein Ventilator mit konstanter Drehzahl und verstellbarem Drosselorgan eingesetzt
werden, Beim hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Ventilator in der Rohrleitung
4 im Rauchgasstrom angebracht; er könnte ebenso gut auch in der Rohrleitung 3 im
Brennluftstrom montiert werden.
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Mit 21 wird eine Drossel bezeichnet, die im vorliegenden Fall in
die
rauchgasführende Rohrleitung 4 eingesetzt ist und die aus einer Bohrung 22 besteht,
die in einer quer zur Strömungsrichtung vorgesehenen dünnen Wand angebracht ist.
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Die Druckdifferenz, die an der Drossel 21 auftreten kann, wird von
einem Membranmeßwerlc 25 aufgenommen. Die Meßwerkmembran 24 bildet mit einem lotrecht
zu ihr angeordneten Stößel 26 eine Einheit, wobei der Stößel 26 beweglich und druckdicht
durch eine Bohrung 27 im Membranmeßwerk 25 hindurchgeführt wird und über dieses
hinausragt.
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Die Membran 24 bildet im Membranmeßwerk 26 eine erste Kammer 28 und
eine zweite, vom Stößel 26 durchquerte Kammer 29; die Kammern 28,29 stehen über
die Leitungen 30, 31 mit der Rohrleitung 4 des Rauchgasstroms in stbmender Verbindung,
und zwar vor und nach der Drossel 21.
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Das Membranmeßwerk 25 und der Druckregler 9 sind jeweils so positioniert,
daß der Stößel 26 und der Stößel 19 gleichgerichtet geführt werden; beim gezeichneten
Ausführungsbeispiel sind das Membranmeßwerk 25 und der Druckregler 9 durch einen
Haltebügel 32 zu einer Einheit zusammengebaut.
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Die Regeleinrichtung umfaßt außerdem einen mechanischen Stellantrieb,
der insgesamt mit 33 bezeichnet wird und der aus einem Stellhehel 34 mit Hebelstütze
35 besteht, wobei die Länge der Hebelarme 36 und 37 mit a beziehungsweise b bezeichnet
wird.
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Die Enden der Hebelarme 36 und 37 sind an den Enden der Stößel 26
und 19 angelehnt, so daß auf diese Weise die mechanische Verbindung zwischen der
Meßwerkmembran 24 und der Reglermembran 18 hergestellt ist.
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Die Hebelstütze 35 liegt auf dem Bügel 32 auf, und zwar parallel
zum
Stellhebel 34 verschiebbar, damit die Längen "a" und b" der Hebelarme 36 und 37
verändert werden können.
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Der Hebel 34 weist eine Vielzahl von Sitzen auf, die beim dargestellten
Ausführungsbeispiel mit 38, 39, 40 und 41 bezeichnet sind und die Hebelstütze 35
aufnehmen, und zwar je nach dem Gastyp, mit dem das Heizgerät 1 betrieben werden
soll.
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Die Sitze 38, 39, 40 und 41 sind an einem Steuerschieber 42 angebracht,
der längs dem Hebel 34 montiert ist und mit Hilfe der Feststellschrauben 43 verstellt
werden kann und dessen Funktionsweise im folgenden näher beschrieben wird.
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Mit 44 wird eine Feder bezeichnet, deren Vorspannung über eine Schraube
45 fest eingestellt wird und die über das freie Ende des Hebelarmes 37 und den Stößel
19 auf die Reglermembran 18 und damit auf das Stellventil 16 einwirkt, wobei die
Federkraft so eingesetzt wird, daß das Stellventil 16 vom Ventilsitz 17 abhebt.
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Der Stellantrieb 33 ist als federnder Antrieb ausgeführt, da die Feder
46 mit hoher Vorspannung zwischen den beiden teleskopartig wirkenden Ausläufern
47 und 48 des Stößels 19 oder, als Lösungsalternative, des Stößels 26 montiert wird.
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Innerhalb der hier beschriebenen Regeleinrichtung bilden die in die
Rohr leitung o des Rauchgasstroms eingesetzte Drossel 21 und die Membran 24 ein
Meßwerk für die Rauchgasdurchflußmenge, das ein Signal abgibt, welches durch die
Kraft erzeugt wird, mit der die Membran 24 infolge der dies- und jenseits der Drossel
21 auftretenden gegensätzlichen Wirkkräfte beaufschlagt ist, wobei dieses Signal
über den mechanischen Stellantrieb 33 den Druckregler 9 steuert.
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Durch die erfindungsgemäß ausgeführte Regeleinrichtung verhält sich
die Brenngasdurchflußmenge proportional der Rauchgasdurchflußmenge.
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Bekanntlich zeigen die nachstehend aufgeführten Regelgrößen ein Verhalten,
das bei je zweien dieser Größen proportional ist, und zwar: - der Druck des Gasstroms
in der Rohrleitung 10, - die Fläche der Membran 18, - die vom Ende des Hebelarmes
37 auf das Stellventil 16 über den Stößel 19 ausgeübte Kraft, - die von der Membran
24 auf das Ende des Hebelarmes 36 ausgeübte Kraft, - die Fläche der Membran 24,
- der Differenzdruck an der Drossel 21.
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Hieraus folgt, daß die erste Größe proportional der letzten Größe
ist, so daß sich - wie angestrebt - die Gasdurchflußmenge proportional dem Brennluftdurchsatz
verhält.
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Der numerische Wert der Verhältniszahl, die das erwünschte stöchiometrische
Gas/Luft-Verhältnis bewirkt, kann übrigens in der Praxis auf einfache Weise durch
eine geeignete maßliche Auslegung und Einstellung der Regeleinrichtung erzielt werden.
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Um die Verwendung eines beliebigen, im Handel befindlichen Gases (Erdgas,
Stadtgas, usw.) zu ermöglichen, kann die Verhältniszahl am erfindungsgemäß ausgeführten
Gerät ohne weiteres verändert werden, un sie dem jeweils verfügbaren Gas anzupassen,
indem die Hebelstütze 37 so verstellt wird, das sie in einen der Sitze 38, 39, 40
oder 41 eingreift, wodurch ein bestimmter Wert der Länge "a" und "b" der Hebelarme
34,36 eingestellt wird, der die erwünschte Verhältniszahl bestimmt.
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Dieses Verstellen der Hebelstütze 37 kann an Ort und Stelle je nach
dem vorhandenen Gas und ohne weiteren Einstellaufwand erfolgen.
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Die Grundeinstellung der Regeleinrichtung wird einmalig im Herstellerwerk
vorgenommen, und zwar für eine bestimmte Gasart, wobei der Steuerschieber 42 längs
dem Hebel 34 verstellt und sodann fixiert wird, während die Hebelstütze 37 in den
Sitz eingreift, der der angenommenen Gasart entspricht.
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Die Feder 44 kann auf einfache Weise so eingestellt werden, daß ein
Absinken des Gasdrucks unter einen bestimmten Mindestwert mit Sicherheit ausgeschlossen
ist.
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Die Feder 46 ist so dimensioniert und eingestellt, daß die über einen
festgelegten Höchstwert hinausgehenden Wirkkräfte nicht vom Stößel 19 auf die Membran
16 übertragen werden, so daß der Gasdruck nicht über einen festgelegten Höchstwert
hinaus ansteigen kann, wodurch die abgegebene Brenngasmenge zwangsläufig nach oben
begrenzt wird.
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Der wesentl eil, der mit der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung erzielt
werden kann, besteht darin, das erwünschte stöchiometrische Gas/Luft-Verhältnis
auf einfache, kostengünstige und zuverlässige Art ;d Weise herbeizuführen.
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Ein weiterer eebiicher Vorteil der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung
besteht darin, daß sie sich rasch und an Ort und Stelle an die für den Betrieh verfügbare
Gasart angepaßt werden kann.
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