DE3802102A1 - Brenner-pumpenanordnung fuer fluessigen brennstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brenner-Pumpenanordnung für flüssigen Brennstoff, mit einer Pumpeneinrichtung mit einem Einlaß und einem Auslaß, einem Tank auf einem niedrigeren Niveau als die Pumpeneinrichtung, einer Versorgungsleitung zwischen dem Tank und dem Pumpenein­ laß, einem Regelventil mit einem Einlaßkanal, einem Auslaßkanal, der mit einer Düsenvorrichtung verbunden ist, und einem Rücklaufkanal, einem Membranventil mit Einlaß- und Auslaßkanälen und einem Steuerkanal, das in einem Bypass zwischen dem Auslaß und dem Einlaß der Pumpeneinrichtung angeordnet ist und auf den Druckab­ fall an den Drosseleinrichtungen zwischen dem Auslaß der Pumpeneinrichtung und den Einlaßkanälen des Membran­ ventils und des Regelventils anspricht, und einem kraft­ belasteten Rückschlagventil, das zumindest von der Bypass-Strömung durchflossen ist.

Eine bekannte Brennstoffbrenner-Pumpenanordnung, wie sie Gegenstand des US-Patents 35 66 901 ist, betrifft ein Brennstoffbrenner-Regelsystem für einen Ölbrenner zur Steuerung der Zufuhr eines flüssigen Brennstoffs zu einer Brennerdüse. Das dort offenbarte System weist eine Pumpe, ein Hauptregelventil und ein vom Durchfluß abhängiges Membranventil auf, um im Bypass Flüssigkeiten von dem Hauptregelventil wegzuführen, bis eine vorbe­ stimmte Durchflußrate eingestellt ist. Die Anordnung beinhaltet ein Rückschlagventil, das aus Gründen seiner inherenten Gestaltung und unter bestimmten Betriebsbe­ dingungen eine Fehlfunktion während des Startens verur­ sachen kann.

Im System des US-Patents 35 66 901 gibt es kein Problem, wenn sich der Brennstoff-Versorgungstank in einer grö­ ßeren Höhe als die dafür vorgesehene Pumpe befindet. Beim Starten befindet sich der flüssige Brennstoff am Saugeinlaß der Pumpe und ein unmittelbar entwickelter resultierender Pumpendruck schließt unmittelbar das Membranventil und der Fluß wird nachfolgend zum Haupt­ regelventil geführt.

Andere Betriebsbedingungen herrschen jedoch vor, wenn der Versorgungstank niedriger liegt als die Pumpe. In diesem Fall saugt die Pumpe beim Starten zuerst Öl und Restluft, soweit welche vorhanden, durch ihr Ansaugrohr an und pumpt dieselbe zum Rückschlagventil.

Da das Rückschlagventil in Schließrichtung durch eine Ventilfeder vorgespannt ist, entwickelt sich die Druck­ höhe, die das Membranventil schließt, graduell. Dies verursacht die Entwicklung einer größeren Druckhöhe in dem Auslaßkanal, was dann das vollständige Öffnen des Rückschlagventils und den nachfolgenden Fluß des Heizöls zum Hauptregelventil bewirkt.

Die Gestaltung des Rückschlagventils im US-Patent 35 66 901 kann in dem letzteren Fall eine Fehlfunktion der Anordnung verursachen, wenn sich der Versorgungstank auf einer niedrigeren Höhe als die Pumpe befindet. Die Gestaltung des Rückschlagventils ist so, daß Schmutzpar­ tikel in der Luft und in dem Öl zwischen der Kugel und ihrem Sitz eingelagert werden können und so ein vollstän­ diges Schließen des Rückschlagventils verhindert wird. Wenn das Rückschlagventil während des Startvorgangs geringfügig geöffnet ist, kann sich ein Kurzschlußzu­ stand ergeben, der verhindert, daß sich eine Druckhöhe entwickelt, die für das Schließen des Membranventils erforderlich ist. Der Kurzschluß tritt ein, wenn die Pumpe beim Starten zuerst Restluft durch ihren Einlaß ansaugt und sie zum Rückschlagventil pumpt. Wenn Schmutz­ partikel das Rückschlagventil geöffnet halten, folgt die Luft dem Kurzschlußweg des geringsten Widerstands und strömt durch das offene Membranventil zurück zum Einlaß der Pumpe. Es gibt keinen Widerstand in diesem Kurzschluß, der ein Ansteigen des Pumpendrucks verur­ sachen könnte, und folglich kann das Membranventil nicht schließen, und es bleibt danach eine permanente luftge­ bundene Zirkulation bestehen, die verhindert, daß Brenn­ stoff gepumpt wird.

Der unerwünschte Zustand, der durch die Einlagerung von Schmutzteilchen zwischen Kugel und Sitz des Rück­ schlagventils hervorgerufen wird, ergibt sich nur beim Betrieb der Anlage während der Heizperiode. Dieser Zu­ stand würde jedoch normalerweise während der Heizperiode nicht offenkundig werden, da der Gehalt an Luft in dem System nicht ausreichen würde, um einen ernsthaften Kurzschlußzustand zu verursachen, und daher würde eine geringe oder keine Verzögerung der Förderung des Heizöls durch die Pumpe während jedes Startvorgangs auftreten.

Während des Sommers oder außerhalb der Saison gibt es genug Leerlaufzeit, so daß durch die Lager und abgenutz­ ten Teile eine merkliche Luftmenge in das System ein­ dringen kann, die im wesentlichen die Saug- und Druck­ seite der Pumpe füllt. In diesem Fall zirkuliert die angesammelte Luft beim Starten der Pumpe vom Pumpenaus­ laßkanal zum Pumpensaugkanal durch das Rückschlagventil oder schließt diese kurz, und dies verhindert das Ansau­ gen von Öl aus dem Tank durch die Öl-Einlaßleitung. In diesem Fall muß das System entlüftet werden, um die angesammelte Luft zu entfernen, und dies erfordert die Tätigkeit eines Service-Monteurs, wenn der Eigentümer es nicht selbst tun kann oder will.

Die Hauptaufgabe der Erfindung ist es, eine neue und verbesserte Brennstoffbrenner-Pumpenanordnung zur Verfü­ gung zu stellen, die eine Rückschlagventileinrichtung aufweist, die nicht dagegen anfällig ist, daß Schmutz­ partikel das Verschlußstück des Rückschlagventils in einer offenen Position halten, wenn das Brennstoffbren­ ner-Regelsystem, in das es installiert ist, eingeschal­ tet wird. Insbesondere soll ein sicherer Anlauf auch dann gewährleistet sein, wenn die Brenner-Pumpenanord­ nung im Einstrang-Betrieb arbeitet, also die Rücklauf­ leitung des Regelventils nicht mit dem Tank, sondern mit dem Einlaß der Pumpeneinrichtung verbunden ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Rückschlagventil ein einen inneren Raum bildendes Gehäuseteil, einen Stabteil in dem Raum mit einer am einen Ende geschlossenen Längsbohrung, die am anderen Ende mit dem Einlaß des Rückschlagventils in Fluidkon­ takt steht, wobei der Stabteil eine quer verlaufende Bohrung aufweist, die die Längsbohrung schneidet und die wenigstens ein offenes Ende hat, und ein Hülsenteil aus elastischem und relativ weichem Material aufweist, das auf den Stabteil aufgebracht ist und die quer verlau­ fende Bohrung umgibt, wobei das Hülsenteil nachgiebig ist, damit Luft und flüssiger Brennstoff vom Einlaß zum Auslaß des Rückschlagventils fließen können, wenn ein vorbestimmter Druck auf den Einlaß des Rückschlagven­ tils wirkt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungs­ gemäßen Brennstoffbrenner-Pumpenanordnung und

Fig. 2 eine Ansicht eines Rückschlagventils in der An­ ordnung, teilweise im Schnitt.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 wird eine Brennstoff­ brenner-Pumpenanordnung gezeigt, deren Teile zur besse­ ren Illustration schematisch dargestellt sind. Es wird darauf hingewiesen, daß alle oder einige der Teile in einem gemeinsamen Gehäuse integriert sein können, von dem nur Fragmente 10 dargestellt sind.

Innerhalb des Gehäuses ist eine Rotationszahnradpumpe 12 konventioneller Konstruktion angeordnet, die durch eine Eingangswelle 14 angetrieben wird, die von einem geeig­ neten Motor gedreht werden kann. Die Pumpe 12 hat Ein­ laß- und Auslaßkanäle 16 und 18, und eine Ansaugleitung 20 steht mit einem Tank 21 in Verbindung, der unterhalb des Niveaus der Pumpe 12 angebracht ist.

Eine Hauptregelventileinheit 22 ist zum Zweck der Auf­ rechterhaltung eines im wesentlichen konstanten Druckes des Ölflusses vor der Pumpe 12 vorgesehen. Die Funktion der Ventileinheit 22 ist die Steuerung der Flüssigkeits­ strömung durch eine oder mehrere Düsen 24 über einen Kanal 26. Die Ventileinheit 22 besitzt ein mit einer Feder vorgespanntes Verschlußstück 28, das darin gleitet und einen Schwellwertdruck von ungefähr 10 bar hat.

Die Ventileinheit 22 wird durch zwei Zulaufkanäle 30 und 32 und einen Rücklaufkanal 34 versorgt. Nur ein Teil des Brennstoffs von den Zulaufkanälen 30 und 32 erreicht die Düsen 24, der restliche Teil wird durch den Rücklaufkanal 34 daran vorbeigeleitet.

Ein Membranventil 36 hat eine Membran 38, und Einlaß- und Auslaßkanäle 39 und 40 erleichtern hohe Start- und Abschaltdrücke für die Regelventileinheit 22. Das Ven­ til 36 hat eine Feder 41, die die Membran 38 in Ventil­ öffnungsrichtung vorspannt, und der Flüssigkeitsdruck von der Pumpe 12 belastet die Membran in Ventil-Schließ­ richtung über einen Verbindungskanal 42. Wenn das Ven­ til 36 in seiner offenen Position ist, kann Fluid frei vom Einlaßkanal 39 zum Auslaßkanal 40 fließen. Auch wird, wenn eine ausreichende Druckdifferenz zwischen den Kanälen 42 und 39 besteht, die für einen Druckabfall über die Membran 38 sorgt, das Ventil 36 schließen.

Das Membranventil 36 wird durch eine Drossel 50 gesteu­ ert, die das Ventil 36 veranlaßt, bei einem ersten vorbe­ stimmten Druck beim Starten zu schließen und bei einem geringeren zweiten vorbestimmten Druck beim Abschalten zu öffnen. Die Drossel 50 ist zwischen den Kanälen 52 und 54 angeordnet, die mit den gegenüberliegenden Seiten des Membranventils 36 verbunden sind. Der Druckabfall über der Drossel 50, der ein Maß für die Durchflußrate darstellt, ist somit wirksam, das Ventil 36 in Überein­ stimmung mit der Durchflußrate durch die Drossel 50 zu öffnen und zu schließen.

An der stromabwärts liegenden Seite des Membranventils 36 befindet sich ein Rückschlagventil 60, um während eines jeden Startvorgangs Luft und Öl im Bypass vom System zurück zum Pumpeneinlaß zu führen. Ein Auslaß­ kanal 62 des Rückschlagventils 60 verbindet den Auslaß­ kanal 34 der Hauptregelventileinheit 22, und beide Aus­ laßkanäle sind durch einen Rücklaufkanal 64 mit dem Pumpeneinlaß 16 durch ein Filter 66 verbunden.

In einem Zweirohr-System wäre keine Notwendigkeit für ein Rückschlagventil 60, und die Auslaßkanäle 34 und 40 würden direkt zum Versorgungstank 21 geleitet.

Das Rückschlagventil 60 weist ein zylindrisch ausgebil­ detes Gehäuseteil 70 und einen darin zentral angeordne­ ten Stabteil 72 auf. Der Stabteil 72 hat eine Längsboh­ rung 74, die mit dem Fluid über den Kanal 40 in Verbin­ dung steht und die an ihrem unteren Ende geschlossen ist. Das Gehäuseteil 70 hat eine Öffnung 76 an seinem unteren Ende, die mit dem Fluid über einen inneren Raum 78, der den Stabteil 72 umgibt, in Verbindung steht, und die Öffnung 76 steht in Fluidverbindung mit dem Auslaßkanal 62.

Der Stabteil 72 hat eine quer verlaufende Bohrung 80, die die Bohrung 74 schneidet. Eine Hülse 90 aus Gummi oder einem gummiähnlichen Material umgibt den Stabteil 72 und bedeckt die gegenüberliegenden Enden der quer verlaufenden Bohrung 80.

Luft oder Öl, die sich unter Druck in der Bohrung 74 des Rückschlagventils 60 befinden, werden radial nach außen auf die Hülse 90 drücken, und beim Erreichen eines Drucks im Bereich von 1 bis 5 bar wird Fluid durch die Hülse entlang des Stabteils 72 gedrückt und in den Raum 78 fließen.

Die Funktion der Hülse 90 ist es, Schmutzpartikel zwi­ schen ihr und dem Äußeren des Stabteils 72 festzuhalten. Die zentrale Bohrung 74 des Stabteils 72 kann einen Endabschnitt haben, der sich über einen Abstand von der quer verlaufenden Bohrung 90 gegen das geschlossene Ende des Stabteils 72 erstreckt, um einen Schacht 91 zum Sammeln von Schmutzpartikeln zu bilden.

Wenn das System zum ersten Mal nach der Installation oder einer größeren Reparatur gestartet wird, wird die Luft in dem System in die Atmosphäre durch ein manuelles Entlüftungsventil 100 abgeblasen, das über einen Kanal 102 mit der Druckseite der Pumpe durch eine Drossel 50 verbunden ist. Das Ventil 100 wird manuell geöffnet und offengehalten, bis die Restluft in dem System abge­ blasen ist und Öl durchzufließen beginnt. Das Ventil 100 wird dann geschlossen und bleibt während des nachfol­ genden üblichen täglichen Betriebs des Systems geschlos­ sen.

Während des normalen Betriebs wird die Pumpe 12 in Inter­ vallen in Abhängigkeit von dem Wärmebedarf des Heizungs­ systems, in das sie installiert ist, an- und abgeschal­ tet. Wenn die Pumpe 12 in Ruhe ist, bevor sie gestartet wird, wird das Membranventil 36 unter dem Einfluß seiner Feder 41 geöffnet sein, und das Rückschlagventil 60 wird unter dem Einfluß der Hülse 90 geschlossen sein. Beim Starten wird die Pumpe 12 zuerst Öl von der Einlaß­ leitung 20 ansaugen und damit beginnen, das Öl und ir­ gendwelche Restluft, die in der Pumpe eingeschlossen sein mag, zu pumpen. Die Pumpe wird das Öl und die Luft, soweit welche vorhanden, zum Auslaß 18 drücken. Wenn der Fluiddruck ungefähr 1,5 bar erreicht, wird das Rück­ schlagventil 60 öffnen und ein Strom von Öl und/oder Restluft wird durch die Drossel 50 fließen. Der nachfol­ gende Ölstrom durch die Drossel 50 ruft einen Druckab­ fall über der Drossel hervor, und das Membranventil 36 wird bei einer bestimmten Durchflußrate schließen, und ein schneller Druckanstieg an den Einlässen 30 und 32 des Regelventils 22 wird erfolgen, weil das Fluid daran gehindert ist, durch das Rückschlagventil 60 im Bypass zu fließen. Das Regelventil 22 kann in Abhängig­ keit von seiner Einstellung bei einem Druck in der Grö­ ßenordnung von z.B. 15 bar öffnen.

Im Gegensatz dazu wird, wenn die Druckdifferenz über der Membran 38 beim Abschalten oder Abdrehen der Pumpe 12 reduziert wird, das Membranventil 26 öffnen, und ein schneller Druckabfall an den Einlässen des Regel­ ventils 22 wird ein ebenfalls schnelles Schließen des Ventils 22 hervorrufen, was erwünscht ist.

Wenn sich Schmutzpartikel in dem Fluid befinden, das durch die Bohrungen 74 und 80 des Rückschlagventils 60 fließt, werden diese Partikel normalerweise entweder in dem Schachtteil 91 festgehalten oder zwischen der Hülse 90 und dem Außeren des Stabteils 72 eingeklemmt; unter Umständen können sie auch zum Rücklaufkanal 64 hinausgeblasen werden. Irgendwelche Schmutzpartikel, die, obwohl dies nicht beabsichtigt ist, von der Innen­ seite der Hülse 90 zum Rücklaufkanal 64 hinausgedrückt werden, fügen dem System keinen Schaden zu, weil diese durch den Einlaßfilter 66 abgefangen werden.

Die Elastizität der Hülse 90 wird wegen des Drückens gegen die Außenseite des Stabteils 72 und des Verschlie­ ßens der Bohrungen 80 wieder ein fluiddichtes Schließen des Rückschlagventils 60 bewirken, wenn die Pumpe abge­ schaltet wird. Das Rückschlagventil 60 wird dann wieder in Funktion treten, damit sich ein Druck im Bereich von 1 bis 5 bar an seinem Einlaß 40 aufbauen kann, und beim nächsten Start der Vorrichtung kann der oben be­ schriebene Startvorgang wiederholt werden.

So wird das Schließen der Bohrungen 80 durch die Hülse 90, sogar wenn Schmutzpartikel zwischen der Hülse und dem Stab 72 eingeklemmt sind, immer ein positives Schlie­ ßen des Rückschlagventils 60 bewirken. Das positive Schließen des Rückschlagventils ist während des Startens in den Fällen wichtig, in denen eine ausreichende Menge an Restluft in dem System vorhanden ist, um einen Luft­ blockierungszustand zu bewirken. In diesem Fall würde die Luft, die durch die Drossel 50 strömt, keinen aus­ reichenden Druckabfall produzieren, um das Membranventil 36 zu schließen, weil die Drossel 50 einen viel gerin­ geren Widerstand gegenüber dem Luftstrom als gegenüber dem Flüssigkeitsstrom zeigt, wobei die Differenz sich in einem Bereich von 100 : 1 bewegt. Die Luft, der in Verbindung damit erlaubt wäre, durch das Rückschlagventil 60 zu fließen, würde so zu dem Einlaß 16 der Pumpe 12 fließen und dadurch verhindern, daß sich ein Saugdruck für das Ansaugen des Öls durch die Ansaugleitung 20 entwickeln kann. Andererseits wird, falls das Rückschlag­ ventil 60 geschlossen ist und wenn nur Luft durch die Drossel 50 fließt, solche Luft noch daran gehindert, den Pumpeneinlaß 16 zu erreichen, und somit wird die vollständige, durch die Pumpe entwickelte Saugkraft darauf gerichtet, Öl durch die Einlaßleitung 20 anzu­ saugen.

Claims (6)

1. Brenner-Pumpenanordnung für flüssigen Brennstoff, mit einer Pumpeneinrichtung mit einem Einlaß und einem Auslaß, einem Tank auf einem niedrigeren Niveau als die Pumpeneinrichtung, einer Versorgungsleitung zwischen dem Tank und dem Pumpeneinlaß, einem Regel­ ventil mit einem Einlaßkanal, einem Auslaßkanal, der mit einer Düsenvorrichtung verbunden ist, und einem Rücklaufkanal, einem Membranventil mit Einlaß- und Auslaßkanälen und einem Steuerkanal, das in einem Bypass zwischen dem Auslaß und dem Einlaß der Pumpen­ einrichtung angeordnet ist und auf den Druckabfall an den Drosseleinrichtungen zwischen dem Auslaß der Pumpeneinrichtung und den Einlaßkanälen des Membran­ ventils und des Regelventils anspricht, und einem kraftbelasteten Rückschlagventil, das zumindest von der Bypass-Strömung durchflossen ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rückschlagventil (60) ein einen inneren Raum (78) bildendes Gehäuseteil (70), einen Stabteil (72) in dem Raum mit einer an einem Ende geschlossenen Längsbohrung (74), die am anderen Ende mit dem Einlaß (40) des Rückschlagventils in Fluid­ kontakt steht, wobei der Stabteil eine quer verlaufen­ de Bohrung (80) aufweist, die die Längsbohrung schnei­ det und die wenigstens ein offenes Ende hat, und ein Hülsenteil (90) aus elastischem und relativ wei­ chem Material aufweist, das auf den Stabteil aufge­ bracht ist und die querverlaufende Bohrung umgibt, wobei das Hülsenteil nachgiebig ist, damit Luft und flüssiger Brennstoff vom Einlaß zum Auslaß des Rück­ schlagventils fließen können, wenn ein vorbestimm­ ter Druck auf den Einlaß des Rückschlagventils wirkt.

2. Brenner-Pumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Längsbohrung (74) unter Bildung einer Kammer (91) zur Aufnahme von Schmutz­ partikeln über die Querbohrung (80) hinaus erstreckt.

3. Brenner-Pumpenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Länge des Hülsenteils (90) wenigstens ein Mehrfaches des Durchmessers der Querbohrung (74) beträgt, um ein Schließen der Boh­ rung trotz der Ansammlung von Schmutzpartikeln zwi­ schen dem Hülsenteil und dem Stabteil (72) zu erlau­ ben.

4. Brenner-Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselein­ richtung (50) durch eine feste Öffnung gebildet ist.

5. Brenner-Pumpenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Hülsenteils (90) in einem Bereich, der zwei- bis dreimal größer ist als der Durchmesser der Querbohrung (80), liegt.

6. Brenner-Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßkanal (40) des Membranventils (36) mit dem Einlaßkanal des Rückschlagventils (60) und dessen Auslaßkanal (62) mit einer zum Einlaß (16) der Pumpeneinrichtung (12) führenden Rücklaufleitung (64) verbunden ist.