DE3634449C2 - Device for controlling or regulating a mass flow of a gaseous or vaporous or liquid medium - Google Patents
Device for controlling or regulating a mass flow of a gaseous or vaporous or liquid mediumInfo
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- G05D11/00—Control of flow ratio
- G05D11/006—Control of flow ratio involving a first fluid acting on the feeding of a second fluid
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung eines Mengen stromes eines gas- oder dampfförmigen oder flüssigen Mediums, das durch eine Lei tung strömt, die mit einem Differenzdruckregler, der mit einer Membran arbeitet, und einer Drosselstelle versehen ist, wobei stromauf dieser Drosselstelle und/oder stromauf einer Drosselstelle in einer weiteren Leitung für ein weiteres Medium eine Impuls leitung mit zwei hintereinander liegenden Strömungswiderständen abzweigt.The invention relates to a device for controlling or regulating a quantity stream of a gaseous or vaporous or liquid medium, which by a Lei tion flows with a differential pressure regulator that works with a membrane, and is provided with a throttle point, upstream of this throttle point and / or upstream a throttle point in another line for another medium an impulse branched with two flow resistances one behind the other.
Ein Differenzdruckregler regelt die Druckdifferenz eines Mediums. In erster Näherung gilt:A differential pressure regulator regulates the pressure difference of a medium. In first proximity applies:
Dabei ist:Here is:
= Volumenstrom
K₁ = Konstante
Δp = Druckdifferenz
ρ = Dichte= Volume flow
K₁ = constant
Δp = pressure difference
ρ = density
Danach entspricht einer bestimmten Druckdifferenz bei konstan ter Dichte ρ ein bestimmter Volumenstrom . Ferner gilt:Thereafter corresponds to a certain pressure difference at constant ter density ρ a certain volume flow. The following also applies:
Dabei ist:Here is:
= Mengenstrom
K₂ = Konstante
ρo = Normdichte= Mass flow
K₂ = constant
ρ o = standard density
Danach entspricht bei konstanter Dichte der Volumenstrom eines Mediums einem bestimmten Mengenstrom. Wird dabei der Volumen strom konstant gehalten, bleibt automatisch auch der Mengen strom konstant. According to this, the volume flow corresponds to one at constant density Medium a certain volume flow. The volume current is kept constant, the quantities also automatically remain current constant.
Dies ist nicht mehr der Fall, wenn sich die Dichte des Mediums, z. B. infolge von Temperaturschwankungen, ändert. Zur Konstant haltung des Mengenstromes müssen Dichteänderungen bei der Rege lung berücksichtigt werden, d. h., es muß bisher ständig eine aufwendige Dichtemessung stattfinden.This is no longer the case if the density of the medium, e.g. B. due to temperature fluctuations changes. To constant Maintaining the volume flow must change density when it rains be taken into account, d. that is, there has always been one complex density measurement take place.
Die Notwendigkeit, einen Mengenstrom möglichst konstant zu hal ten, ergibt sich z. B. bei der Brennstoffzufuhr zu Gasbrennern, wenn deren Wärmebelastung konstant gehalten werden soll. Den Brennern muß pro Zeiteinheit eine bestimmte Brennstoffmenge und damit Wärmemenge zugeführt werden. Aufgrund von Umgebungsein flüssen kann die Temperatur des Brennstoffes und damit dessen Dichte schwanken.The need to keep a volume flow as constant as possible ten, z. B. when supplying fuel to gas burners, if their heat load is to be kept constant. The Burners must have a certain amount of fuel and so that heat can be supplied. Due to environment can flow the temperature of the fuel and thus its Density fluctuate.
Weiterhin stellt sich das Problem, bei der Herstellung von Gas gemischen die einzelnen Mengenströme oder das Verhältnis der Mengenströme konstant zu halten. Dabei müssen pro Zeiteinheit die jeweiligen Mengen konstant gehalten oder im konstanten Ver hältnis zueinander zusammengeführt werden, Konstante Gasgemische werden z. B. zur Prüfgaserzeugung oder beim Ablauf chemischer Reaktionen benötigt.The problem also arises in the production of gas mix the individual flows or the ratio of Keep volume flows constant. Here, per unit of time the respective quantities kept constant or in constant ver ratio to each other, constant gas mixtures z. B. for test gas generation or when chemical Reactions needed.
Bei der Verbrennung von Brennstoffen sind zwei Mengenströme, nämlich Brennstoff und z. B. Verbrennungsluft, in Abhängigkeit voneinander, daher in einem bestimmten Verhältnis, zu steuern oder zu regeln. Es besteht das Problem, dieses Verhältnis unab hängig von Schwankungen eines oder beider Mengenströme aufgrund von Dichteänderungen möglichst konstant zu halten.When burning fuels there are two flows, namely fuel and z. B. combustion air, depending to control each other, therefore in a certain ratio or to regulate. The problem is, this relationship is independent dependent on fluctuations due to one or both flow rates keeping density changes as constant as possible.
Zur Regelung des Brennstoff-Verbrennungsluftverhältnisses ver wendet man sog. Gleichdruckregelungen. Dabei wird der Druck und damit der Mengenstrom der Verbrennungsluft in Abhängigkeit vom Wärmebedarf z. B. über ein motorisch verstellbares Drosselorgan verändert. Der Luftdruck wird als Führungsgröße auf einen Druck regler in der Gasleitung gegeben, so daß dessen Druck dem ver änderlichen Luftdruck nachgeführt wird. Für den Fall, daß sich die Dichte von Luft und/oder Brenngas, z. B. durch Einsatz ei nes nachgeschalteten Rekuperators ändert, ist es bekannt, Meß blenden in einem oder beiden Strömen anzuordnen und deren Dif ferenzdrücke als Führungsgrößen auf den Druckregler in der Gas leitung zu geben (z. B. DE-OS 30 36 638). Auf diese Weise haben aus Temperaturänderungen resultierende Druckänderungen, die hinter, d. h. stromab der Meßblenden stattfinden, keinen Ein fluß auf das Mischungsverhältnis von Brenngas und Verbrennungs luft.To control the fuel-combustion air ratio ver one uses so-called constant pressure regulations. The pressure and so that the volume flow of the combustion air as a function of Heat requirement e.g. B. via a motor-adjustable throttle body changed. The air pressure is used as a reference variable at one pressure regulator in the gas line, so that its pressure ver changing air pressure is tracked. In the event that the density of air and / or fuel gas, e.g. B. by using egg nes downstream recuperator changes, it is known to measure to arrange in one or both streams and their dif Reference pressures as reference variables on the pressure regulator in the gas to give management (e.g. DE-OS 30 36 638). That way pressure changes resulting from temperature changes behind, d. H. take place downstream of the orifice plates, no on flow on the mixture ratio of fuel gas and combustion air.
Temperaturänderungen eines Stromes oder beider Ströme stromauf der Meßblenden führen jedoch zu ungewollten Schwankungen des Mischungsverhältnisses, die bisher nicht oder nur durch aufwen dige Maßnahmen kompensiert werden konnten.Temperature changes of one stream or both streams upstream the orifice plates lead to unwanted fluctuations in the Mixing ratio, which so far has not or only through measures could be compensated.
Änderungen der Gasbeschaffenheit, d. h. der Zusammensetzung, machen es ebenfalls notwendig, den Gasmengenstrom oder das Brenn gas-Verbrennungsluftverhältnis zu steuern oder zu regeln.Changes in gas quality, d. H. the composition, make it also necessary the gas flow or the burning to control or regulate the gas-combustion air ratio.
Weiterhin besteht das Bedürfnis, das Mischungsverhältnis belie big oder in Abhängigkeit von bestimmten Betriebszuständen, bei spielsweise dem Anfahrzustand, veränderbar zu machen.There is also a need to determine the mixing ratio big or depending on certain operating conditions, at for example, to make the start-up state changeable.
Aus der US 38 09 314 ist eine Mengenregelung bekannt. In einer Hauptleitung sind eine regelbare Drosselklappe, eine konstante Drosselstelle und stromauf dieser Stelle eine abzweigende Impulsleitung mit zwei hintereinander liegenden Düsen (Strömungswiderständen), die einzeln je eine Membrandose beeinflussen, angeordnet.A quantity control is known from US 38 09 314. Are in a main line an adjustable throttle valve, a constant throttle point and upstream of this point a branching impulse line with two consecutive nozzles (Flow resistances), each of which individually influences a membrane can.
Weiterhin zeigt die DE-PS 9 03 386 eine thermostatische Einrichtung zum tempera turabhängigen Einstellen des Durchflußquerschnittes von Flüssigkeitsleitungen.Furthermore, DE-PS 9 03 386 shows a thermostatic device for tempera setting of the flow cross-section of liquid lines.
Die US 36 53 399 zeigt eine Vorrichtung zum Erzeugen eines konstanten Massenstro mes mit drei Ventilen, wobei das gesamte System thermostatisiert ist.US 36 53 399 shows a device for generating a constant mass flow with three valves, the entire system being thermostatted.
Die DE-B-2 14 73 087 offenbart eine gattungsgemäße Vorrichtung. Bei eingangsseiti gen Druck- und Temperaturschwankungen wird der Massendurchsatz konstant gehal ten, indem über einen druckgesteuerten Balg der Auslaßquerschnitt einer Düse in einer Servoleitung zur Steuerung eines Hauptstromventiles verändert wird. DE-B-2 14 73 087 discloses a generic device. At the input side The mass throughput is kept constant against pressure and temperature fluctuations ten, by means of a pressure-controlled bellows, the outlet cross section of a nozzle in a Servo line for controlling a main flow valve is changed.
Nachteilig ist, daß diese Vorrichtung konstruktiv relativ aufwendig ist. Außerdem ist es mit dieser Vorrichtung nicht möglich, den Mengenstrom eines Mediums in Abhängigkeit von anderen Stör- und Steuergrößen, wie z. B. O₂-, CO- oder CH₄-Gehalt im Abgas zu regeln.The disadvantage is that this device is structurally relatively complex. Besides, it is not possible with this device depending on the volume flow of a medium of other disturbance and control variables, such as B. O₂, CO or CH₄ content in the exhaust gas regulate.
Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der ein gangs genannten Art zu schaffen, mit der es auf einfache Weise möglich ist, den Mengenstrom eines Mediums oder das Verhältnis von Mengenströmen zweier Medien in Abhängigkeit von Stör- und/oder Steuergrößen zu steuern oder zu regeln.The invention is accordingly based on the object of a device gangs mentioned type with which it is possible in a simple manner, the Volume flow of a medium or the ratio of volume flows of two media to control or regulate depending on disturbance and / or control variables.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Vorrichtung nach der Erfindung dadurch gekenn zeichnet, daß die Impulsleitung stromab der Drosselstelle in derjenigen Leitung mündet, von der sie abzweigt, daß das Verhältnis der Druckdifferenzen der beiden Strömungswiderstände veränderbar ist, indem der Druckabfall an einem Strömungswiderstand durch Ther mostatisierung konstant gehalten oder durch Ansteuerung von außen in Abhängigkeit von Stör- und/oder Steuergrößen verändert wird, und daß der Druck zwischen den Strömungswiderständen die Membran des Differenzdruckreglers als pneumatisches Signal direkt beaufschlagt. To achieve this object, the device according to the invention is characterized thereby records that the pulse line downstream of the throttle point in that Line opens, from which it branches off, that the ratio of the pressure differences of the two flow resistances is changeable by the pressure drop across a flow resistance through Ther Mostatization kept constant or dependent on external control of disturbance and / or control variables is changed, and that the pressure between the Flow resistance the diaphragm of the differential pressure regulator as a pneumatic Signal applied directly.
In Abhängigkeit von der Störgröße Temperatur verändert sich das Druckverhältnis der beiden Strömungswiderstände aufgrund bekann ter physikalischer Gesetze. Der Druckabfall an einem Strömungs widerstand ist je nach dessen Charakter abhängig von der Dichte oder der Viskosität - die sich bekanntlich mit der Temperatur ändern - des strömenden Mediums.This changes depending on the disturbance variable temperature Known pressure ratio of the two flow resistances physical laws. The pressure drop across a flow resistance, depending on its character, depends on the density or the viscosity - which is known to vary with temperature change - the flowing medium.
Wenn der Strömungswiderstand laminaren Charakter besitzt, d. h., wenn die Strömung durch den Widerstand laminar ist, wie z. B. im Falle eines Kapillarröhrchens, ändert sich der Druck abfall, d. h., die Druckdifferenz über dem Strömungswiderstand, in Abhängigkeit von der Viskosität. Hat dagegen die Strömung durch den Widerstand turbulenten Charakter, wie z. B. bei einer Blende oder Düse, ändert sich der Druckabfall in Abhängigkeit von der Dichte des die Meßblende durchströmenden Mediums.If the flow resistance is laminar, d. that is, if the flow through the resistor is laminar, such as e.g. B. in the case of a capillary tube, the pressure changes waste, d. i.e. the pressure difference over the flow resistance, depending on the viscosity. On the other hand, has the current by the resistance turbulent character, such as B. at a Orifice or nozzle, the pressure drop changes depending on the density of the medium flowing through the orifice.
Erfindungsgemäß sind sowohl laminare als auch turbulente Strö mungswiderstände gleichermaßen geeignet, und zwar auch in ge mischter Zusammenstellung. Ein laminarer Strömungswiderstand in Form einer Kapillare erzeugt von der Funktion her ein größeres Signal als ein turbulenter Strömungswiderstand in Form einer Blende oder Düse. Letztere sind jedoch in der Praxis besser zu handhaben.According to the invention, both laminar and turbulent flows Resistors equally suitable, and also in ge mixed compilation. A laminar flow resistance in The shape of a capillary creates a larger function Signal as a turbulent flow resistance in the form of a Orifice or nozzle. However, the latter are better in practice handle.
Das Mischungsverhältnis von zwei Mengenströmen wird durch die folgende Gleichung beschriebenThe mixing ratio of two flows is determined by the following equation described
Dabei ist:Here is:
P = absoluter Druck
ΔP = Druckdifferenz über
einem turbulenten
Strömungswiderstand
T = absolute Temperatur
K₃ = Konstante
Index 1 = 1. Medium
Index 2 = 2. MediumP = absolute pressure
ΔP = pressure difference over a turbulent flow resistance
T = absolute temperature
K₃ = constant
Index 1 = 1st medium
Index 2 = 2nd medium
Beispielsweise bei Normalbetrieb von Gasbrennern kann man in erster Näherung davon ausgehen, daß das Verhältnis der absolu ten Drücke P₁/P₂ in der Luft- und Gasleitung vor den relevanten Drosselstellen konstant ist. Mit einer Druckregeleinrichtung, z. B. mit einem Gleichdruckregler, wird normalerweise das Ver hältnis der Druckdifferenzen Δ P₁/Δ P₂ konstant geregelt. Da nach können Dichteänderungen, die das Mengenverhältnis beein flussen, durch Kompensation der Temperaturen oder des Tempe raturverhältnisses T₂/T₁ eliminiert werden. Dabei muß die Druckdifferenz (Glchg. 1) bzw. das Verhältnis der Druckdiffe renzen (Glchg. 3) derart gesteuert bzw. geregelt werden, so daß der Mengenstrom bzw. das Mengenstromverhältnis nahezu konstant bleiben.For example, during normal operation of gas burners you can in first approximation assume that the ratio of the absolute Pressures P₁ / P₂ in the air and gas line before the relevant ones Throttling is constant. With a pressure control device, e.g. B. with a constant pressure regulator, the Ver ratio of the pressure differences Δ P₁ / Δ P₂ constantly regulated. There after changes in density that affect the ratio flow, by compensating for temperature or temp maturity ratio T₂ / T₁ are eliminated. The Pressure difference (Eq. 1) or the ratio of the pressure differences limits (Eq. 3) are controlled or regulated so that the volume flow or the volume flow ratio is almost constant stay.
Weiterhin ist das Verhältnis der Druckdifferenzen der beiden Strömungswiderstände durch Ansteuern von außen veränderbar, wenn mindestens ein Strömungswiderstand ansteuerbar ausgeführt ist. Bei der Regelung beispielsweise eines Brenngasmengenstro mes für einen Gasbrenner können die Regelabweichungen aller meßbaren relevanten Verbrennungsgrößen als Ansteuersignale ver wendet werden. Verbrennungsgrößen sind beispielsweise der O₂-, CH₄-, CO-Gehalt im Abgas oder die Flammentemperatur. Regelgröße kann auch das Mischungsverhältnis λ sein. Weiterhin besteht die Möglichkeit, das Mischungsverhältnis beliebig oder in Abhängig keit von bestimmten Betriebszuständen, beispielsweise dem An fahrzustand, zu verändern. Die erfindungsgemäße Regelung ist einfach und preiswert, weil nur auf die kleinen Mengenströme in der Impulsleitung eingewirkt wird.Furthermore, the ratio of the pressure differences between the two Flow resistances can be changed by actuation from outside, if at least one flow resistance can be controlled is. When controlling a fuel gas flow, for example For a gas burner, the control deviations of all ver measurable relevant combustion variables as control signals be applied. Combustion variables are, for example, the O₂, CH₄, CO content in the exhaust gas or the flame temperature. Controlled variable can also be the mixing ratio λ. Furthermore, the Possibility of mixing ratio arbitrarily or depending speed of certain operating conditions, such as the on driving state, to change. The scheme according to the invention is simple and inexpensive because only on the small volume flows in the impulse line is affected.
Bei Änderung des Verhältnisses der Druckdifferenzen der beiden Strömungswider stände ändert sich der Druck zwischen den beiden Strömungswiderständen. Dieser Druck kann erfaßt und in ein elektrisches Kompensationssignal zur Ansteuerung des Differenzdruckreglers umgewandelt werden. Erfindungsgemäß beaufschlagt der Druck zwischen den Strömungswiderständen direkt den Differenzdruckregler als pneumati sches Signal. Bestehende Gleichdruckregelsysteme zur Regelung des Brenngas-Ver brennungsluftverhältnisses bei Gasbrennern oder auch Vordruckregler können dann auf sehr einfache Weise zu einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umgerüstet werden. When changing the ratio of the pressure differences of the two flow resistances the pressure changes between the two flow resistances. This Pressure can be detected and converted into an electrical compensation signal to control the Differential pressure regulator can be converted. According to the invention, the pressure is applied between the flow resistances directly the differential pressure regulator as pneumati signal. Existing constant pressure control systems for controlling the fuel gas Ver Combustion air ratio in gas burners or pre-pressure regulators can then can be converted into a device according to the invention in a very simple manner.
Bei der Regelung bzw. Konstanthaltung eines einzigen Mengen stromes und der Kompensation von Temperaturänderungen des Medi ums, ist es ausreichend, in der Impulsleitung einen seiner Größe nach in Abhängigkeit von der Temperatur des Mediums veränderba ren und einen seiner Größe nach durch Thermostatisierung kon stanten Strömungswiderstand anzuordnen.When regulating or maintaining a single quantity current and the compensation of temperature changes in the medium um, it is sufficient to have one of its size in the impulse line after changeable depending on the temperature of the medium ren and one according to its size by thermostatting to arrange constant flow resistance.
Wenn die Umgebungstemperatur beispielsweise in einem klimati sierten Raum konstant ist, kann der seiner Größe nach konstante Strömungswiderstand auch auf Umgebungstemperatur gehalten wer den.If the ambient temperature, for example in a climat space is constant, its size can be constant Flow resistance also kept at ambient temperature the.
Bei der Regelung von zwei Mengenströmen in Abhängigkeit voneinander ist bekann termaßen einer der Strömungswiderstände seiner Größe nach in Abhängigkeit von der Temperatur des Mediums veränderbar. Vorteilhafterweise ist der von außen veränder bare Strömungswiderstand seiner Größe nach in Abhängigkeit von der Temperatur des weiteren Mediums veränderbar. Gleichsinnige Temperaturänderungen sowohl des einen als auch des anderen Mediums werden kompensiert und führen nun nicht mehr zu unzulässigen Schwankungen des Mischungsverhältnisses.When regulating two flow rates depending on each other is known measure one of the flow resistances in size depending on the Temperature of the medium can be changed. This is advantageously changed from the outside bare flow resistance according to its size depending on the temperature of the other medium changeable. Same-temperature changes both of the one and the other medium are compensated and no longer work to impermissible fluctuations in the mixing ratio.
Ein Strömungswiderstand verändert seine Größe bzw. der Druckab fall an ihm ändert sich in Abhängigkeit von der Temperatur eines Mediums, indem der Strömungswiderstand und/oder der Teilstrom in der Impulsleitung in Wärmeaustausch mit dem Mediums steht bzw. stehen. Beispielsweise kann der Strömungswiderstand und/ oder die Impulsleitung im Strömungsweg des Mediums angeordnet werden. Der Strömungswiderstand kann auch einen Wärmetauscher aufweisen, der mit dem Medium beaufschlagt wird, auf dessen Temperatur der Strömungswiderstand und/oder der Teilstrom in der Impulsleitung gehalten werden soll.A flow resistance changes its size or the pressure fall on it changes depending on the temperature of a Medium by the flow resistance and / or the partial flow is in heat exchange with the medium in the impulse line or stand. For example, the flow resistance and / or the impulse line is arranged in the flow path of the medium will. The flow resistance can also be a heat exchanger have, which is acted upon by the medium on the Temperature the flow resistance and / or the partial flow in the impulse line is to be held.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der stromauf in der Impuls leitung liegende Strömungswiderstand auf der Temperatur des Mediums in derjenigen Leitung, von der die Impulsleitung ab zweigt, gehalten wird, während der stromab liegende Strömungs widerstand im Wärmeaustausch mit dem weiteren Medium steht. It is particularly advantageous if the upstream in the pulse flow resistance at the temperature of the pipe Medium in the line from which the impulse line depends branches, is held during the downstream flow resistance in heat exchange with the other medium.
Wenn der stromauf in der Impulsleitung angeordnete Strömungs widerstand in der Nähe der Abzweigstelle der Impulsleitung von der Leitung liegt, nimmt der Strömungswiderstand die Temperatur des strömenden Mediums an, ohne das besondere Wärmeaustausch maßnahmen erforderlich sind.When the flow located upstream in the impulse line resistance near the junction of the pulse line from the line, the flow resistance takes the temperature of the flowing medium without the special heat exchange measures are required.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist mindestens ein Strö mungswiderstand elektrisch beheizbar. Auf diese Weise kann der Wärmetausch des Strömungswiderstandes oder des Teilstroms in der Impulsleitung mit einem Medium ersetzt oder verstärkt wer den.In an advantageous embodiment, at least one stream is resistance electrically heated. In this way, the Heat exchange of the flow resistance or the partial flow in who replaced or reinforced the impulse line with a medium the.
Außerdem kann ein Strömungswiderstand über die elektrische Be heizung besonders einfach angesteuert und so der Mengenstrom eines Mediums in Abhängigkeit von Steuergrößen z. B. Verbren nungsgrößen gesteuert oder geregelt werden.In addition, a flow resistance over the electrical loading heating is particularly easy to control and so is the volume flow a medium depending on control variables such. B. Burn quantities are controlled or regulated.
Wird mit elektrisch ansteuerbaren Strömungswiderständen gearbeitet, so ergibt sich der besondere Vorteil, daß mehrere Strömungswiderstände beispielsweise in parallelen Brennersyste men über ein gemeinsames Referenzsignal gleichzeitig angesteu ert und die Brenngasströme gleichzeitig geregelt werden können.Is with electrically controllable flow resistances worked, there is the particular advantage that several Flow resistances, for example in parallel burner systems controlled simultaneously via a common reference signal ert and the fuel gas flows can be controlled simultaneously.
Ein Strömungswiderstand in Form einer Kapillare kann auf ein fache Weise mit Strom beheizt werden, indem die Kapillare in Form eines Heizleiters ausgebildet ist, an den direkt eine Nie derspannung anlegbar ist.A flow resistance in the form of a capillary can on a to be heated with electricity by the capillary in Form of a heat conductor is formed, to which a never directly which voltage can be applied.
Kapillaren in Form eines Heizleiters sind an sich bekannt, und zwar beispielsweise aus der GB 14 21 742.Capillaries in the form of a heating conductor are known per se, for example from GB 14 21 742.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Strömungswiderstand einen veränderbaren freien Strömungsquerschnitt aufweist.Another advantageous embodiment of the invention is characterized in that at least one flow resistance has a variable free flow cross section.
Beispielsweise kann der Strömungswiderstand eine aus Kunststoff bestehende Blende sein, deren Temperaturausdehnungskoeffizient besonders groß ist. Die Temperaturänderungen des die Blende durchströmenden Mediums führen zusätzlich zu einer Veränderung des freien Strömungsquerschnittes, so daß die Veränderung der Größe des Strömungswiderstandes verstärkt wird. For example, the flow resistance can be made of plastic existing aperture, its temperature expansion coefficient is particularly large. The temperature changes of the aperture flowing medium also lead to a change of the free flow cross-section, so that the change in The size of the flow resistance is increased.
Weiterhin besteht über die Veränderung des freien Strömungs querschnittes eine weitere einfache Möglichkeit der Ansteuerung Strömungswiderstandes.There is also a change in free flow cross-section another simple way of control Flow resistance.
Der ansteuerbare Strömungswiderstand kann als Iris- oder Seg ment-Blende, als Drosselventil oder als motorangetriebene Dros selklappe oder dergl. ausgebildet sein.The controllable flow resistance can be as iris or seg ment orifice, as a throttle valve or as a motor-driven throttle selklappe or the like.
Die Kompensationswirkung kann durch eine zusätzliche Impulslei tung verstärkt werden. Durch Beaufschlagung der Membran des Druckreglers derart, daß die Kompensationssignale in die glei che Richtung wirken, entsteht die Verstärkungswirkung.The compensation effect can be achieved by an additional pulse line tion are reinforced. By acting on the membrane of the Pressure regulator such that the compensation signals in the same direction, the reinforcing effect is created.
Weiterhin ist es baulich vorteilhaft, wenn der Druckregler mit entsprechenden Ein- und Auslässen direkt in den Strömungsweg der Impulsleitung zwischen die Strömungswiderstände geschaltet ist.Furthermore, it is structurally advantageous if the pressure regulator is used corresponding inlets and outlets directly into the flow path the impulse line between the flow resistances is.
Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungs beispiele im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt inThe invention is based on preferred embodiment examples explained in connection with the drawing. The drawing shows in
Fig. 1 bis 5 schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen der Er findung. Fig. 1 to 5 are schematic representations of exemplary embodiments of he invention.
Der Aufbau der Regelvorrichtung ist bei allen Ausführungsbei spielen ähnlich, und entsprechende Teile sind in allen Figuren mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.The construction of the control device is in all versions play similarly, and corresponding parts are in all figures designated with the same reference numerals.
Die Ausführungsformen nach Fig. 1 kann zur Konstanthaltung des Brenngasmengenstromes für einen Gasbrenner verwendet werden oder zur Konstanthaltung eines Gasmengenstromes, beispielsweise zur Erzeugung von Gasgemischen. The embodiments of Fig. 1 can be used for keeping the fuel gas flow amount for a gas burner, or for maintaining a constant amount of gas stream, for example for the production of gas mixtures.
Eine Gasleitung 1 ist mit einem Differenzdruckregler 2 und einer Dros selstelle 3 z. B. in Form einer Blende oder eines Stellven tils versehen. Stromauf der Drosselstelle 3 zweigt eine Impuls leitung 4 ab, in der Strömungswiderstände 5 und 6 angeordnet sind.A gas line 1 is with a differential pressure regulator 2 and a Dros selstelle 3 z. B. in the form of an aperture or a Stellven valve. Upstream of the throttle point 3 branches off a pulse line 4 , in which flow resistors 5 and 6 are arranged.
Es handelt sich beispielsweise um Kapillarröhrchen, in denen eine laminare Strömung entsteht. Während sich die Größe des Strömungswiderstandes 6, d. h. sein Druckabfall, entsprechend der jeweiligen Gastemperatur einstellt, ändert sich die Größe des Strömungswiderstandes 5 nicht, da er in üblicher Weise thermostatisiert ist.These are, for example, capillary tubes in which a laminar flow is created. While the size of the flow resistance 6 , ie its pressure drop, is set according to the respective gas temperature, the size of the flow resistance 5 does not change, since it is thermostatted in the usual way.
Eine Arbeitsmembran 7 des Differenzdruckreglers 2 ist auf der einen Seite vom Druck zwischen den Strömungswiderständen 5 und 6 und auf der andren Seite vom Druck stromab des Strömungswiderstandes 5 beaufschlagt. Die Impulsleitung 4 endet stromab der Drossel stelle 3 in der Gasleitung 1. Es ist auch möglich, die Ober seite der Membran dem Luftdruck auszusetzen. Der Gasstrom in der Impulsleitung muß dann stromab des Strömungswiderstandes 5 in die Umgebung abströmen.A working diaphragm 7 of the differential pressure regulator 2 is on the one side by the pressure between the flow resistances 5 and 6 and on the other side by the pressure downstream of the flow resistor 5 applied. The impulse line 4 ends downstream of the throttle point 3 in the gas line 1 . It is also possible to expose the upper side of the membrane to air pressure. The gas flow in the impulse line must then flow into the environment downstream of the flow resistance 5 .
Nach Fig. 2 werden zwei Mengenströme in Abhängigkeit voneinan der geregelt, z. B. Brenngas und Verbrennungsluft für einen Gasbrenner.According to Fig. 2, two flow rates are regulated depending on the one, z. B. fuel gas and combustion air for a gas burner.
Die Arbeitsmembran 7 des Differenzdruckreglers 2 in der Gasleitung 1 ist einerseits vom Ausgangsdruck des Differenzdruckreglers 2 und anderer seits von dem Druck zwischen den Strömungswiderständen 5 und 6 in der Impulsleitung 4 beaufschlagt. Die Impulsleitung 4 zweigt hier von einer Luftleitung 8, die ein Gebläse 9 aufweist, vor einer Drosselstelle 10 ab. Hinter dem Gebläse 9 befindet sich eine in Abhängigkeit vom Wärmebedarf motorisch verstellbare Drosselklappe 10′. Während sich die Größe des Strömungswider standes 5 entsprechend der jeweiligen Lufttemperatur einstellt, ändert sich die Größe des Strömungswiderstandes 6 in Abhängig keit von der Gastemperatur, da mit Hilfe eines nicht darge stellten Wärmetauschers die den Strömungswiderstand 6 durch strömende Luft auf Gastemperatur gebracht wird. Die Impulslei tung 4 endet hinter der Drosselstelle 10 in der Luftleitung 8. Brenngas und Verbrennungsluft werden in einer Mischvorrich tung 11 zusammengeführt.The working diaphragm 7 of the differential pressure regulator 2 in the gas line 1 is acted upon on the one hand by the output pressure of the differential pressure regulator 2 and on the other hand by the pressure between the flow resistors 5 and 6 in the impulse line 4 . The pulse line 4 branches off from an air line 8 , which has a blower 9 , in front of a throttle point 10 . Behind the blower 9 there is a throttle valve 10 'which is adjustable as a function of the heat requirement. While the size of the flow resistance stood 5 according to the respective air temperature, the size of the flow resistance 6 changes depending on the gas temperature, since the flow resistance 6 is brought to the gas temperature by flowing air by means of a heat exchanger, not shown. The Impulslei device 4 ends behind the throttle point 10 in the air line 8th Fuel gas and combustion air are brought together in a mixing device 11 .
Nach Fig. 3 zweigt die Impulsleitung 4 von der Gasleitung 1 ab und endet auch in dieser hinter der Drosselstelle 3. Die Strö mungswiderstände 5 und 6 werden von Brenngas durchströmt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Oberseite der Arbeitsmem bran 7 von dem Druck zwischen den Strömungswiderständen 5 und 6 beaufschlagt, während ihre Unterseite über eine Steuerleitung 12 mit dem Druck aus der Luftleitung 8 beaufschlagt ist. In diesem Fall ändert sich die Größe des Strömungswiderstandes 6 in Ab hängigkeit von der jeweiligen Gastemperatur, während sich die Größe des Strömungswiderstandes 5 mit Hilfe eines Wärmetauschers in Abhängigkeit von der Lufttemperatur ändert.According to FIG. 3, the pulse line branches 4 of the gas line 1 and ends in this beyond the restrictor 3. The flow resistors 5 and 6 are flowed through by fuel gas. In this embodiment, the top of the working membrane 7 is acted upon by the pressure between the flow resistors 5 and 6 , while its underside is acted upon by the pressure from the air line 8 via a control line 12 . In this case, the size of the flow resistance 6 changes as a function of the respective gas temperature, while the size of the flow resistance 5 changes with the aid of a heat exchanger as a function of the air temperature.
Nach Fig. 4 weist der Differenzdruckregler 2 eine Arbeitsmembran 7 auf, deren Unterseite mit dem Druck zwischen den Strömungswiderstän den 5 und 6 beaufschlagt wird. Der Differenzdruckregler 2 ist hier direkt in den Strömungsweg der Impulsleitung 4 zwischen die Strömungs widerstände 5 und 6 geschaltet. In diesem Fall wird der Strö mungswiderstand 6 mit Hilfe eines Wärmetauschers auf die Gas temperatur und der Strömungswiderstand 5 ebenfalls mit Hilfe eines Wärmetauschers auf Lufttemperatur gebracht. Die Oberseite der Arbeitsmembran 7 wird mit dem Druck der in der zweiten Im pulsleitung 4′ liegenden Strömungswiderstände 5′ und 6′ beauf schlagt. Die beiden zwischen 5 und 6 sowie 5′ und 6′ entstehen den Kompensationsdrücke wirken in die gleiche Richtung, wodurch eine Verstärkungswirkung entsteht.According to FIG. 4 2, the differential pressure regulator to a working diaphragm 7, the underside of which the pressure between the Strömungswiderstän is applied 5 and 6. The differential pressure regulator 2 is here directly connected in the flow path of the pulse line 4 between the flow resistors 5 and 6 . In this case, the flow resistance 6 is brought to the gas temperature with the aid of a heat exchanger and the flow resistance 5 is also brought to the air temperature with the aid of a heat exchanger. The top of the working diaphragm 7 is struck with the pressure of the flow resistances 5 'and 6 ' lying in the second pulse line 4 'in the Bea. The two between 5 and 6 and 5 'and 6 ' arise the compensation pressures act in the same direction, which creates a reinforcing effect.
In Fig. 5 ist schematisch die Regelung eines bzw. mehrerer pa ralleler Brenner dargestellt. Im Abgasstrom des Brenners 13 wird über eine nicht dargestellte Meßeinrichtung beispielsweise eine Lambda-Sonde, ein Signal erzeugt, das in einem Rechner ausgewertet, ausgegeben und in ein Regelsignal umgewandelt wird. Das die Regeleinrichtung 14 verlassende elektrische Signal wird auf die ansteuerbaren Strömungswiderstände 5 und 6 gegeben. Die Strömungswiderstände sind in nicht dargestellter Art und Weise in Form von Heizleitern ausgebildet, an die direkt das Signal in Form einer Niederspannung angelegt wird. Wie schematisch angedeutet, können weitere Strömungswiderstände in parallelen Brennereinrichtungen angesteuert werden.In Fig. 5 the control of one or more pa rallel burner is shown schematically. In the exhaust gas stream of the burner 13 , a signal, for example a lambda probe, is generated via a measuring device, not shown, which is evaluated in a computer, output and converted into a control signal. The electrical signal leaving the control device 14 is applied to the controllable flow resistors 5 and 6 . The flow resistances are designed in a manner not shown in the form of heating conductors to which the signal in the form of a low voltage is applied directly. As indicated schematically, further flow resistances can be controlled in parallel burner devices.
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