WO1994000716A1 - Gasmengensteuerung, insbesondere für eine armatur eines durchlauf-wassererhitzers - Google Patents

Gasmengensteuerung, insbesondere für eine armatur eines durchlauf-wassererhitzers Download PDF

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WO1994000716A1
WO1994000716A1 PCT/EP1993/001539 EP9301539W WO9400716A1 WO 1994000716 A1 WO1994000716 A1 WO 1994000716A1 EP 9301539 W EP9301539 W EP 9301539W WO 9400716 A1 WO9400716 A1 WO 9400716A1
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gas
water heater
quantity control
gas flow
gas quantity
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PCT/EP1993/001539
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Inventor
Günter STORBECK
Detlef Kohlmann
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Mertik Maxitrol Gmbh & Co., Kg
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    • F23N1/087—Regulating fuel supply conjointly with another medium, e.g. boiler water using mechanical means
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    • F23N2235/12—Fuel valves
    • F23N2235/24—Valve details

Definitions

  • the present invention relates to a gas quantity control, as is used in particular for a fitting of a once-through water heater, according to the preamble of the main claim.
  • Such instantaneous water heaters are usually differentiated into devices without or with performance adjustment.
  • the gas throughput is in most cases specified by an integrated gas quantity limiter that can be set to a fixed value.
  • the invention is based on a gas control for a once-through water heater with power adjustment, as described in 1 3 S 31 20 777.
  • the gas control is actuated by a hydraulic actuator which, depending on the amount of water flowing through, generates a certain stroke for controlling the amount of gas.
  • the stroke usually begins at a certain minimum amount, which is determined by the minimum amount of gas required to ignite the burner, and ends with a certain maximum amount, which is determined by the technical design of the gas burner and the heat exchanger.
  • This type of control of the gas flow has the problem that fluctuations in the gas pressure in the line network lead to corresponding deviations from the gas flow required in each case. It may be possible that the technical desired and / or safety-related maximum deviations of the gas flow cannot be maintained.
  • One solution for example, is the use of an upstream gas pressure regulator, which is associated with additional effort, as described, for example, in DE-OS 35 24 015.
  • a pressure regulator is usually a proportional regulator, so that the pressure fluctuations are only weakened. Furthermore, metering the gas flow is more problematic, since the pressure drop across the metering point increases as the amount of gas decreases. Tolerances of the control cross section are thereby increased. Furthermore, the tolerances of the flow resistance of the gas line to the burner and the burner nozzle tolerances lead to additional deviations from the gas quantity required in each case.
  • the problem is solved in that the gas quantity control valve is at the same time a presetting element for a gas quantity limitation.
  • the gas quantity control according to the invention thus has the advantage that the pressure fluctuations that occur in the gas line network are theoretically completely compensated for in a predetermined pressure range, in that the control cross section metering the gas flow always independent of the gas flow just required and the instantaneous gas pressure in the line network the same pressure drops. Due to the constant pressure drop across the control cross-section, it is much easier to control the metered quantities than when using a pressure regulator in accordance with the state of the art already recognized above.
  • the gas quantity control according to the invention is advantageously designed such that the gas part is one of one Has housing-shaped pot-shaped space, in whose bottom there is an otherwise gas-tight guide for the plunger which is longitudinally movable in the axial direction of the housing.
  • This acts on the gas quantity control valve via a tubular gas channel, which, with its valve plate, opens an opening forming the valve seat, which is located in a cover closing the cup-shaped space, depending on the stroke of the tappet.
  • a disk which lies firmly against the inner wall of the housing and divides the pot-shaped space into a lower area and an upper area in which the gas outlet leading to a burner is also arranged.
  • the disc has a tubular extension which is connected in a gastight manner to the underside of the cover and has one or more radial recesses which are more or less closed by a hollow cylinder which leads on the inside of the extension and is otherwise longitudinally movable . It is based on the lower one
  • a larger or smaller leak rate causes the pressure drop across the gas channel — even slightly — into the space formed by the bottom of the housing and the floating disc to become larger or smaller, but the pressure drop also fluctuates as a result of the gas volume control - 5 valve flowing gas quantity.
  • the conversion of the gas quantity control valve to the different calorific values or wobble numbers can thus be carried out with less dimensionally graded components.
  • the cover has a guide piece which surrounds the gas channel below the collar and which is connected, for example, in one piece to the cover by means of one or more struts bypassing the collar, since in addition to the one which is favorable for the function ⁇ ren improved guidance of the gas channel and also the gas flow control valve a better assembly or disassembly is made possible.
  • the hollow cylinder does not rest with its entire circular ring surface on the floating disc, but instead a corresponding cross-sectional area in this area creates a free cross-sectional area through which a gas exchange (outflow of the leakage gas) between the the hollow cylinder in which the inner and outer space formed below the disc and above the floating disc can occur, and thus easy movement of the same is ensured even with a relatively narrow gap between the housing and the floating disc.
  • Fig. 1 is a schematic representation of the fitting of a gas-heated water heater without additional Bypass
  • FIG. 2 shows a partial view, relating to the gas quantity control according to FIG. 1 on an enlarged scale, likewise in a schematic illustration
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the fitting of a gas-heated once-through water heater with an additional bypass.
  • FIG. 4 shows a partial view relating to the invention
  • FIG. 6 shows a basic comparison of the flow characteristics as a function of a throttle point located in the gas duct.
  • the fitting shown in FIG. 1 for a gas-fired instantaneous water heater consists of a gas part 1 and a water part 2.
  • the water part 2 contains, in addition to other components known to the person skilled in the art and therefore not explained further here because they are not essential to the invention, a flow switch 21 which serves as a protection against lack of water.
  • This flow switch 21 has a high-pressure chamber 22 and a low-pressure chamber 23, both of which are separated from one another by a membrane 24.
  • the membrane 24 is supported on a membrane plate 25, which is firmly connected to a plunger 26, which in turn is guided out of the low-pressure chamber 23 in a sealed manner.
  • Membrane 24, diaphragm plate 25 and tappet 26 form a hydraulic actuator 3 for a gas quantity control valve 4 to be explained later.
  • the gas part 1 has a gas inlet 11, which by a thermoelectric fuse 12, the further one Reclosure lock 121 has, can be closed.
  • the ignition fuse valve 122 which forms part of the thermoelectric ignition fuse 12, is rotatable within a guide contour 123 and is axially displaceable, manually operable axis 124, on which an additional main valve 125, which opens the gas flow to the burner (not shown), is mounted.
  • An ignition gas line 127 branches off from the space 126 delimited by the ignition safety valve 122 and the main valve 125 and can be closed by an ignition valve 128 which is actuated via a cam 129 located on the axis 124.
  • a housing 13 Connected downstream of the main valve 125 is a housing 13 which has a cup-shaped space 131, in the bottom 132 of which there is an otherwise gas-tight guide 133 for the plunger 26 of the hydraulic actuator 3 which is longitudinally movable in the axial direction of the housing 13.
  • the pot-shaped space 131 is closed gas-tight by a cover 6, which is pressed by means of a wedge ring 61 against an extension 134 located in the housing 13, using a round ring 62.
  • the cover 6 there is a centrally arranged opening 63, which is formed on its side facing away from the space 131 as a valve seat 41 which, together with a valve plate 42 and a seal 43, forms the gas quantity control valve 4 which, under the force of one, acts on the top of the valve 42 acting pressure spring 44 is closed.
  • a tubular gas channel 5 is supported in the axial extension, which for this purpose advantageously has an intermediate piece 51 at its lower end in the drawing, which, however, only insignificantly reduces the lower opening.
  • the tubular gas channel 5 projects into a recess 45 on the underside of the valve 42.
  • the gas channel 5 has a conical shape the tapered collar 52 facing away from the cover 6, the position of which is so defined that it is at least partially in the region of the opening 63 of the cover 6.
  • One or more radial openings 53 are arranged in the gas channel 5 above the collar 52.
  • the recess 45 is designed, for example expanded in a funnel shape, in such a way that the openings 53 are not closed.
  • the gas channel 5 is surrounded by a preferably tubular guide piece 64, which in turn is connected in one piece to the cover 6 by means of struts 65.
  • a disk 7 which bears firmly against the inner wall 135 of the housing 13 and divides the pot-shaped space 131 into a lower area 136 and an upper area 137, in which the gas outlet 138 leading to the burner is also arranged.
  • This disc 7 has a tubular extension 71, which is gas-tight, for example by means of a round ring 72, connected to the underside of the cover 6.
  • the attachment 71 has one or more radial recesses 73, which are more or less closed by a hollow cylinder 8, which is guided on the inside of the attachment 71 and is otherwise longitudinally movable.
  • the hollow cylinder 8 is provided on its outer side in the area which serves as a sliding surface between the hollow cylinder 8 and the shoulder 71 with a plurality of circumferential grooves 81.
  • the part of the hollow cylinder 8 protruding into the lower region 136 of the cup-shaped space 131 is supported on a floating disc 9, the floating disc 9 having a plurality of raised bearing points 91 in the bearing region of the hollow cylinder 8 in order to provide a connection between the interior of the hollow cylinder 8 and to ensure the area 136 of the pot-shaped space 131.
  • constriction 54 which acts as a throttle point and which in this case is formed by an annular ring designed as a nozzle Turned part is realized, which is pressed into the gas channel 5.
  • the lower region 136 of the pot-shaped space 131 and the space 92 are connected to one another via a bypass 10, into which an adjustment screw 102 which can be actuated from the outside projects, whereby a further throttle position is created, the desired opening gap 101 of which is via the inputs set screw 102 can be enlarged or reduced.
  • a round ring 104 in a recess 103 of the adjusting screw 102.
  • the gas quantity control valve 4 When water is withdrawn, the gas quantity control valve 4 is opened via the hydraulic actuator 3 and the gas channel 5.
  • the pressure Po prevailing in front of the collar 52 of the gas channel 5 also acts on the side of the floating disc 9 facing the bottom 132 due to the openings 53 in the gas channel 5, while that due to the pressure drop occurring in the gap between the collar 52 and The lower opening Pi, which occurs, acts on the side of the floating disc 9 facing the hollow cylinder 8, as a result of which the floating disc 9 and thereby also the hollow cylinder 8 move in the axial direction.
  • the recesses 73 are more or less closed, so that the pressure Pi changes until it drops below the state of gravity and the friction of the hollow cylinder 8 and the floating disc 9 establish a state of equilibrium. If a gas pressure fluctuation now occurs in the line network, the pressure Po changes immediately, which leads to a stroke being carried out by the floating disc 9 and hollow cylinder 8 until the equilibrium state is restored.

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Abstract

Der angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, daß bei der bisherigen Art der Steuerung des Gasstromes Schwankungen des Gasdruckes zu entsprechenden Abweichungen vom jeweils geforderten Gasstrom führen. Dadurch kann es möglich sein, daß die technisch gewünschten und/oder sicherheitstechnisch geforderten maximalen Abweichungen nicht eingehalten werden können. Das Problem wird dadurch gelöst, daß das Gasmengensteuerventil (4) gleichzeitig ein Voreinstellglied für eine Gasmengenbegrenzung ist, wodurch die Druckschwankungen, die im Gasleitungsnetz auftreten, in einem vorgegebenen Druckbereich theoretisch vollständig kompensiert werden, indem über den den Gasstrom dosierenden Steuerquerschnitt unabhängig von dem gerade geforderten Gasstrom und dem momentanen Gasdruck im Leitungsnetz immer der gleiche Druck abfällt. Die Erfindung betrifft eine Gasmengensteuerung, insbesondere für eine Armatur eines Durchlauf-Wassererhitzers, die von einem hydraulischen Stellantrieb betätigt wird, der abhängig von der jeweils durchfließenden Wassermenge einen bestimmten Hub zur Steuerung der Gasmenge erzeugt.

Description

Beschreibung
Gasmengensteuerung, insbesondere für eine Armatur eines Durchlauf-Wassererhitzers
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gasmen¬ gensteuerung, wie sie insbesondere für eine Armatur eines Durchlauf-Wassererhitzers Anwendung findet, gemäß dem Ober¬ begriff des Hauptanspruches.
Stand der Technik
Derartige Durchlauf-Wassererhitzer werden üblicherweise un¬ terschieden in Geräte ohne bzw. mit Leistungsanpassung. Bei Geräten ohne Leistungsanpassung wird der Gasdurchsatz in den meisten Fällen durch einen auf einen Festwert einstellbaren integrierten Gasmengenbegrenzer vorgegeben.
Die Erfindung geht aus von einer Gassteuerung für einen Durchlauf-Wassererhitzer mit Leistungsanpassung, wie sie in der 1 3S 31 20 777 beschrieben ist. Bekanntermaßen wird die Gasstcuerung von einem hydraulischen Stellantrieb betätigt, der abhängig von der jeweils durchfließenden Wassermenge einen bestimmten Hub zur Steuerung der Gasmenge erzeugt. Dabei beginnt der Hub meist erst ab einer bestimmten Mini- malmenge, die durch die zum Zünden des Brenners notwendige frindestmenge an Gas festgelegt ist, und endet mit einer bestimmten Maximalmenge, die durch die technische Auslegung des Gasbrenners und des Wärmeaustauschers bestimmt wird.
Diese Art der Steuerung des Gasstromes weist das Problem auf, daß Schwankungen des Gasdruckes im Leitungsnetz zu entsprechenden Abweichungen vom jeweils geforderten Gasstrom führen. Dadurch kann es möglich sein, daß die technisch gewünschten und/oder sicherheitstechnisch geforderten maxi¬ malen Abweichungen des Gasstromes nicht eingehalten werden können. Eine Lösung bietet z.B. der mit zusätzlichem Aufwand verbundene Einsatz eines vorgeschalteten Gasdruckreglers, wie er zum Beispiel in der DE-OS 35 24 015 beschrieben ist.
Ein Druckregler ist jedoch meist ein Proportionalregler, so daß die Druckschwankungen nur abgeschwächt werden. Weiterhin ist eine Dosierung des Gasstromes problematischer, da der Druckabfall über die Dosierstelle mit kleiner werdender Gasmenge immer größer wird. Toleranzen des Steuerquerschnit¬ tes werden dadurch verstärkt. Desweiteren kommt es durch die Toleranzen des Strömungswiderstandes der Gasleitung zum Brenner und der Brennerdüsentoleranzen zu zusätzlichen Ab¬ weichungen von der jeweils geforderten Gasmenge.
Das Problem wird dadurch gelöst, daß das Gasmengensteuer- ventil gleichzeitig ein Voreinstel lglied für eine Gasmen¬ genbegrenzung ist. Die erfindungsgemäße Gasmengensteuerung hat damit den Vorteil, daß die Druckschwankungen, die im Gasleitungsnetz auftreten, in einem vorgegebenen Druckbe¬ reich theoretisch vollständig kompensiert werden, indem über den den Gasstrom dosierenden Steuerquerschnitt unabhängig von dem gerade geforderten Gasstrom und dem momentanen Gas¬ druck im Leitungsnetz immer der gleiche Druck abfällt. Durch den konstanten Druckabfall über den Steuerquerschnitt ist die Beherrschung der Dosiermengen wesentlich leichter, als bei Einsatz eines Druckreglers entsprechend des bereits weiter oben gewürdigten Standes der Technik.
Durch die in den Neben- bzw. Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes des Hauptanspruches möglich.
Die erfindungsgemäße Gasmengensteuerung ist vorteilhaf¬ terweise so ausgeführt, daß das Gasteil einen von einem Gehäuse gebildeten topf örmigen Raum aufweist, in dessem Boden sich eine ansonsten gasdichte Führung für den in axialer Richtung des Gehäuses längsbeweglichen Stößel befin¬ det. Dieser wirkt über einen rohrförmigen Gaskanal auf das Gasmengensteuerventil ein, das mit seinem Ventilteller eine den Ventilsitz bildende Öffnung, die sich in einem den topfförmigen Raum verschließenden Deckel befindet, in Abhän- gigkeit vom Hub des Stößels freigibt. Im topfförmigen Raum befindet sich eine fest an der inneren Wandung des Gehäuses anliegende Scheibe, die den topfförmigen Raum in einen unte¬ ren Bereich und einen oberen Bereich, in dem auch der zu einem Brenner führende Gasausgang angeordnet ist, aufteilt. Desweiteren weist die Scheibe einen rohrförmigen Ansatz auf, der gasdicht mit der Unterseite des Deckels verbunden ist und ein oder mehrere radiale Ausnehmungen besitzt, die durch einen Hohlzylinder, der an der Innenseite des Ansatzes ge¬ führt und ansonsten längsbeweglich ist, mehr oder weniger verschlossen sind. Dabei stützt sich der in den unteren
Bereich des topfförmigen Raumes hineinragende Teil des Hohl¬ zylinders auf einer Schwebescheibe ab, die ihrerseits an der inneren Wandung des Gehäuses sowie am Gaskanal leicht beweg¬ lich geführt ist, der seinerseits in seinem oberen Teil einen kegelförmigen, sich auf der dem Deckel abgewandten Seite verjüngenden Bund aufweist, der sich zumindest teil¬ weise im Bereich der Öffnung des Deckels befindet. Weiterhin besitzt der Gaskanal oberhalb des Bundes ein oder mehrere radiale Öffnungen, die auch durch den Ventilteller nicht verschlossen sind.
Das zwischen der Schwebescheibe und dem Gaskanal bzw. der Schwebescheibe und der inneren Wandung des Gehäuses vor¬ handene Spiel führt, obwohl es zur Vermeidung von zu hohen Leckraten möglichst klein gehalten wird, auf Grund der fer¬ tigungsbedingten Toleranzen zu zusätzlichen Abweichungen von der Sollgasmenge. Durch die unterschiedliche Größe dieser Leckrate wird die Gasmenge, die über den Dosierquerschnitt des Gasmengensteuerventils dem Brenner zugeführt wird, in zweifacher Form beeinflußt: 5
1. Die Leckrate addiert sich, und damit auch ihre Schwan¬ kungen, auf die Gasmenge, die durch das Gasmengensteuer¬ ventil dosiert wird.
0 2. Durch eine größere oder kleinere Leckrate wird der Druck¬ abfall über den Gaskanal -wenn auch geringfügig- in den durch den Boden des Gehäuses und die Schwebescheibe ge¬ bildeten Raum größer oder kleiner, aber damit schwankt ebenfalls der Druckabfall der über das Gasmengensteuer- 5 ventil strömenden Gasmenge.
Zur Kompensierung dieser, von Exemplar zu Exemplar unter¬ schiedlich au tretenden, durch die unterschiedlichen Leckra¬ ten bedingten, zusätzlichen Abweichungen von der Sollgasmen- 0 ge erweist es sich als vorteilhaft, wenn der untere Bereich des topfförmigen Raumes und der durch die Schwebescheibe und dem Boden gebildete Raum mittels eines Bypasses miteinander verbunden sind, wobei der Bypaß eine Drosselstelle aufweist, deren Öffnungsspalt von außen einstellbar ist. 5
Mittels dieses Bypasses ist es in einfacher Weise möglich, eine konstante Leckrate in dem oben genannten Bereich einzu¬ stellen, die selbstredend immer die größte der sich durch die Fertigungstoleranzen ergebenden Leckraten sein muß, so 0 daß die ertigungsbedingten Toleranzen ohne Einfluß auf den Verlauf der Durch lußkennlinie der Gasmengensteuerung sind.
Durch in den weiteren Unteransprüchen aufgeführte Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes des 5 Hauptanspruches möglich. So ist es zusätzlich möglich, daß der Gaskanal zwischen dem Zwischenstück und der Öffnung eine _ Verengung aufweist, die günstigerweise durch eine separat zu montierende Düse gebildet wird. Diese zusätzliche Drossel- stelle bewirkt, daß sich im Gasmengensteuβrventi1 ein höhe¬ rer Differenzdruck aufbauen muß, ehe die Schwebescheibe angehoben wird, und damit der Gasmengenbegrenzer arbeitet.
Bei ansonsten gleichen Bauteilen des Gasmengensteuerventils fließen damit je nach dem mittels der Düse eingestelltem Differenzdruck unterschiedliche Gasmengen. Eine Möglichkeit zur Veränderung dieser Gasmenge ist von außen durch ein Verstellen der im Bypaß befindlichen Drosselstelle gegeben, da sich bei einer unterschiedlichen Leckrate der Druckabfall in der Düse verändert, was auch eine Änderung des Differenz¬ druckes im Gasmengensteuerventil zur Folge hat.
Die Möglichkeit einer solchen Veränderung ist insbesondere in den Fällen von Vorteil, wo örtliche Abweichungen des Heizwertes der Heizgase eine Feinanpassung des Gasteiles erfordern, um den Durchlauf-Wassererhitzer optimal einzu- stellen.
Die Umrüstung des Gasmengensteuerventils auf die unter¬ schiedlichen Heizwerte bzw. Wobbezahlen kann somit mit weni¬ ger maßlich gestuften Bauteilen erfolgen.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Deckel ein den Gaskanal unterhalb des Bundes umfassendes Führungs¬ stück aufweist, das zum Beispiel mittels einer oder mehrerer den Bund umgehender Streben einstückig mit dem Deckel ver- bunden ist, da dadurch neben der für die Funktion günstige¬ ren verbesserten Führung des Gaskanals und auch des Gasmen¬ gensteuerventils eine bessere Montage bzw. Demontage ermög¬ licht wird.
Damit die Reibung zwischen Ansatz und Hohlzylinder, der nur durch seine Schwerkraft mit der Schwebescheibe in Verbindung steht, gering gehalten wird, obwohl zur Vermeidung von zu hohen Leckraten das zwischen der Außenseite des Hohlzyl in- ders und der Innenseite des Ansatzes vorhandene Spiel mög¬ lichst klein sein soll, ist es erfindungsgemäß weiter vorge- sehen, auf der Außenseite des Hohlzyl inders zur Verringerung der Gleitfläche umlaufende Nuten einzubringen. Dadurch wird erreicht, daß ein eventuelles einseitiges Ansaugen der Aus¬ senflache des Hohlzylinders an die Innenseite der Führung, und damit ein "Abreißen" des Kraftschlusses zwischen Hohlzy- linder und Schwebescheibe, insbesondere in der Nähe der Schließstellung, mit Sicherheit vermieden wird. Natürlich ist es auch denkbar, Hohlzylinder und Schwebescheibe ein¬ stückig auszuführen. Das erfordert aber wiederum sehr hohe Toleranzanforderungen und somit einen erhöhten Fertigungs- aufwand. Es versteht sich von selbst, daß natürlich auch der umgekehrte Weg, d.h. die Einbringung von Nuten in die Innen¬ fläche des Ansatzes, beschritten werden kann.
Zur weiteren Verbesserung der Funktionsweise erweist es sich als günstig, wenn der Hohlzylinder nicht mit seiner gesamten Kreisringfläche auf der Schwebescheibe aufliegt, sondern durch entsprechende Auflagepunkte in diesem Bereich eine freie Querschnittsfläche entsteht, durch die ein Gasaus¬ tausch (Abfließen des Leckgases) zwischen dem durch den Hohlzyl inder unterhalb der Scheibe und oberhalb der Schwebe¬ scheibe gebildeten inneren und äußeren Raum auftreten kann, und damit auch bei einem relativ engen Spalt zwischen Ge¬ häuse und Schwebescheibe eine leichte Bewegbarkeit derselben gewährleistet ist.
Ausführungsbeispiel
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Armatur eines gas¬ beheizten Durchlauf-Wassererhitzers ohne zusätzlichen Bypaß ,
Fig. 2 eine Teilansicht, betreffend die erfindungsgemäße Gasmengensteuerung nach Fig. 1 in vergrößertem Ma߬ stab ebenfalls in schematischer Darstellung,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Armatur eines gas¬ beheizten Durchlauf-Wassererhitzers mit zusätzlichem Bypaß Fig. 4 eine Teilansicht, betreffend die erfindungsgemäße
Gasmengensteuerung, nach Fig. 3 in vergrößertem Ma߬ stab.
Fig. 5 ein prinzipieller Vergleich der Durchflußkennlinie mit Bypaß, und das durch unterschiedliche Leckraten sich ergebende Kennlihienfeld ohne Bypaß
Fig. 6 ein prinzipieller Vergleich der Durchflußkennlinien in Abhängigkeit von einer im Gaskanal befindlichen Drosselstelle.
Die in Fig. 1 dargestellte Armatur für einen gasbeheizten Durchlauf-Wassererhitzer besteht aus einem Gasteil 1 und einem Wasserteil 2.
Das Wasserteil 2 enthält neben anderen, dem Fachmann bekann- ten und daher hier, weil nicht erfindungswesentlich, nicht weiter erläuterten Bauteilen, einen Strömungsschalter 21, der als WassermangelSicherung dient. Dieser Strömungsschal¬ ter 21 weist eine Hochdruckkammer 22 und eine Niederdruck¬ kammer 23 auf, die beide durch eine Membran 24 voneinander getrennt sind. Die Membran 24 stützt sich an einem Membran¬ teller 25 ab, der fest mit einem Stößel 26 verbunden ist, der seinerseits abgedichtet aus der Niederdruckkammer 23 herausgeführt ist. Dabei bilden Membran 24, Membranteller 25 und Stößel 26 einen hydraulischen Stellantrieb 3 für ein später noch zu erläuterndes Gasmengensteuerventil 4.
Das Gasteil 1 weist einen Gaseingang 11 auf, der durch eine thermoelektrische Zündsicherung 12, die desweiteren eine Wiedereinschaltverriegelung 121 besitzt, geschlossen werden kann. Auf das, einen Teil der thermoelektrisehen Zündsiche- rung 12 bildende Zündsicherungsventil 122 wirkt eine inner¬ halb einer Führungskontur 123 drehbar und längsverschiebl ich geführte von Hand betätigbare Achse 124, auf der zusätzlich ein den Gasstrom zum nicht dargestellten Brenner öffnendes Hauptventil 125 gelagert ist. Aus dem durch das Zündsiche- rungsventil 122 und das Hauptventil 125 begrenzten Raum 126 zweigt eine Zündgasleitung 127 ab, die durch ein Zündventil 128, das über einen auf der Achse 124 befindlichen Nocken 129 betätigt wird, verschließbar ist.
Im Anschluß stromab an das Hauptventil 125 befindet sich ein Gehäuse 13, das einen topfförmigen Raum 131 aufweist, in dessem Boden 132 sich eine ansonsten gasdichte Führung 133 für den in axialer Richtung des Gehäuses 13 längsbeweglichen Stößel 26 des hydraulischen Stellantriebs 3 befindet. Der topfförmige Raum 131 wird durch einen Deckel 6, der mittels eines Keilringes 61 gegen einen im Gehäuse 13 befindlichen Ansatz 134 gepreßt wird, unter Verwendung eines Rundringes 62 gasdicht verschlossen. Im Deckel 6 befindet sich eine mittig angeordnete Öffnung 63, die auf ihrer dem Raum 131 abgewandten Seite als Ventilsitz 41 ausgebildet ist, der zusammen mit einem Ventilteller 42 und einer Dichtung 43 das Gasmengensteuerventil 4 bildet, das unter der Kraft einer auf die Oberseite des Venti1tel lers 42 einwirkenden Druckfe¬ der 44 geschlossen ist.
Auf dem Stößel 26 stützt sich in axialer Verlängerung ein rohrförmiger Gaskanal 5 ab, der zu diesem Zweck an seinem auf der Zeichnung unteren Ende günstigerweise ein Zwischen¬ stück 51 aufweist, welches jedoch die untere Öffnung nur unwesentlich verkleinert. Mit seiner anderen Stirnseite ragt der rohrförmige Gaskanal 5 in eine Ausnehmung 45 an der Unterseite des Venti1tel lers 42 hinein. In seinem oberen Teil besitzt der Gaskanal 5 einen kegelförmigen, sich auf der dem Deckel 6 abgewandten Seite verjüngenden Bund 52, dessen Lage so festgelegt ist, daß er sich zumindest teil- weise im Bereich der Öffnung 63 des Deckels 6 befindet. Oberhalb des Bundes 52 sind im Gaskanal 5 ein oder mehrere radiale Öffnungen 53 angeordnet. Dabei ist die Ausnehmung 45 so gestaltet, z.B. trichterförmig aufgeweitet, daß die Öff¬ nungen 53 nicht verschlossen sind. Unterhalb des Bundes 52 wird der Gaskanal 5 von einem vorzugsweise rohrförmigen Führungsstück 64 umfaßt, das wiederum mittels Streben 65 einstückig mit dem Deckel 6 verbunden ist.
Im topfförmigen Raum 131 befindet sich eine fest an der inneren Wandung 135 des Gehäuses 13 anliegende Scheibe 7, die den topfförmigen Raum 131 in einen unteren Bereich 136 und einen oberen Bereich 137, in dem auch der zum Brenner führende Gasausgang 138 angeordnet ist, aufteilt. Diese Scheibe 7 weist einen rohrförmigen Ansatz 71 auf, der gas- dicht, z.B. mittels eines Rundringes 72, mit der Unterseite des Deckels 6 verbunden ist. Der Ansatz 71 besitzt ein oder mehrere radiale Ausnehmungen 73, die durch einen Hohlzylin¬ der 8, der an der Innenseite des Ansatzes 71 geführt und ansonsten längsbeweglich ist, mehr oder weniger verschlossen sind. Zusätzlich ist der Hohlzyl inder 8 auf seiner Außen¬ seite in dem Bereich, der als Gleitfläche zwischen Hohlzy- 1inder 8 und Ansatz 71 dient, mit mehreren umlaufenden Nuten 81 versehen. Der in den unteren Bereich 136 des topfförmi¬ gen Raumes 131 hineinragende Teil des Hohlzyl inders 8 stützt sich auf einer Schwebescheibe 9 ab, wobei die Schwebescheibe 9 im Auflagebereich des Hohlzylinders 8 mehrere erhabene Auflagepunkte 91 aufweist, um eine Verbindung zwischen dem Inneren des Hohlzylinders 8 und dem Bereich 136 des topfför¬ migen Raumes 131 zu gewährleisten. Die an der inneren Wan- düng 135 des Gehäuses 13 sowie am Gaskanal 5 leicht beweg¬ lich geführte Schwebescheibe 9 wird in ihrem Hub durch in einem Raum 92, der durch den Boden 132 und die Schwebe¬ scheibe 9 umschlossen wird, befindliche Anschläge 139 bzw. durch den Anschlag des Hohlzylinders 8 am Deckel 6 begrenzt (Fig. 2).
Bei der in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellten Armatur befindet sic-h im Gaskanal 5 im Bereich zwischen den Öffnungen 45 und dem Zwischenstück 51 zusätzlich eine als Drosselstelle wir- kemte Verengung 54, die in diesem Fall durch ein als Düse ausgebildetes, ringförmiges Drehteil realisiert wird, das in den Gaskanal 5 eingepreßt ist.
Weiterhin sind der untere Bereich 136 des topfförmigen Raumes 131 und der Raum 92 über einen Bypaß 10 miteinander verbunden, in den eine von außen betätigbare Einstellschrau¬ be 102 hineinragt, wodurch eine weitere Drosselstel le ent¬ steht, deren gewünschter Öffnungsspalt 101 über die Ein¬ stellschraube 102 vergrößert oder verkleinert werden kann. Zur Gewährleistung der Gasdichtheit befindet sich in einer Ausdrehung 103 der Einstellschraube 102 ein Rundring 104.
Die Funktion der in Fig.l und Fig. 2 dargestellten erfin¬ dungsgemäßen Gasmengensteuerung wird nachfolgend beschrie¬ ben: ,
Mit Wasserentnahme wird über den hydraulischen Stellantrieb 3 und den Gaskanal 5 das Gasmengensteuerventil 4 geöffnet. Bei geöffnetem Gasmengensteuerventil 4 wirkt der vor dem Bund 52 des Gaskanals 5 herrschende Druck Po auch auf Grund der vorhandenen Öffnungen 53 im Gaskanal 5 auf die dem Boden 132 zugewandte Seite der Schwebescheibe 9, während der auf Grund des auftretenden Druckabfalls im Spalt zwischen Bund 52 und Deckelöffnung 63 sich einstellende geringere Druck Pi auf die dem Hohlzyl inder 8 zugewandte Seite der Schwebe- scheibe 9 wirkt, wodurch sich die Schwebescheibe 9 und dadurch auch der Hohlzylinder 8 in axialer Richtung bewegen. Somit werden die Ausnehmungen 73 mehr oder weniger ver¬ schlossen, so daß sich der Druck Pi ändert, bis sich unter dem Einfluß der Schwerkraft und der Reibung von Hohlzyl inder 8 und Schwebescheibe 9 ein Gleichgewichtszustand einstellt. Tritt nun im Leitungsnetz eine Gasdruckschwankung auf, so ändert sich sofort der Druck Po, was dazu führt, daß durch Schwebescheibe 9 und Hohlzyl inder 8 ein Hub ausgeführt wird, bis sich der Gleichgewichtszustand wieder einstellt.
Auf Grund der notwendigerweise zwischen der inneren Wandung 135 des Gehäuses 13 und der Schwebescheibe 9 sowie der Schwebescheibe 9 und dem Gaskanal 5 befindlichen Spalten fließt je nach Toleranzlage der Teile eine unterschiedliche Leckrate aus dem Raum 92 in den Raum 131. Die Durchflußkenn- linie eines bestimmten Gerätes liegt somit innerhalb eines Bereiches, wie er prinzipiell in Fig. 5 dargestellt ist.
Mit Hilfe des in Fig. 3 und Fig. 4 ersichtlichen Bypasses 10 ist es nun möglich, mittels der Einstellschraube 102 den über den Bypaß 10 fließenden Gasstrom so einzuregulieren, daß die Gesamtleckrate des aus dem Raum 92 in den Raum 131 fließenden Gasstromes bei allen Geräten gleich ist.
Es ergibt sich somit statt eines Kennlinienbereiches nur noch eine Kennlinie, die durch die obere Begrenzung des Kennlinienbereiches aus Fig. 5 gebildet wird, unter der Voraussetzung, daß bei einem maximal möglichen Leckmengen¬ strom zwischen dem Raum 92 und dem Raum 131 auf Grund der zwischen der inneren Wandung 135 des Gehäuses 13 und der Schwebescheibe 9 sowie der Schwebescheibe 9 und dem Gaskanal 5 befindlichen Spalten der Bypaß 10 vollständig geschlossen ist.
Durch die Verwendung einer Düse 54, die in den Gaskanal 5 zwischen dem Zwischenstück 51 und der Öffnung 53 eingepreßt ist, ist es zusätzlich noch möglich, die Lage der Durchflu߬ kennlinie je nach Dimensionierung der Düse zu verändern (Fig. 6), indem durch diese Drosselstelle der in Strömungs- richtung hinter ihr herrschende Druck P2 geringer ist, als der vor ihr herrschende Druck Po. Das hat zur Folge, daß die Druckdifferenz zwischen dem Druck Pi und dem im Raum 92 herrschenden Druck P2 geringer ist, als die ohne Drossel¬ stelle sich ergebende Druckdifferenz aus Po und Pi und somit ein höherer Durchfluß erreicht wird.
n r u s eichen
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Claims

Patentansprüche
1. Gasmengensteuerung, insbesondere für eine Armatur eines Durchlauf-Wassererhitzers, die aus einem Gas- und einem Wasserteil besteht, wobei die Betätigung eines im Gasteil befindlichen Gasmengensteuerventils, das ansonsten jedoch durch die Kraft einer Druckfeder verschlossen ist, über einen Stößel mittels eines im Wasserteil befindlichen hy¬ draulischen Stellantriebes erfolgt, dadurch gekennzeich¬ net, daß das Gasmengensteuerventil (4) gleichzeitig ein Voreinstel lgl ied für eine Gasmengenbegrenzung ist.
2. Gasmengensteuerung, insbesondere für eine Armatur eines
Durchlauf-Wassererhitzers, nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasteil (1) einen von einem Ge¬ häuse (13) gebildeten topfförmigen Raum (131) aufweist, in dessem Boden (132) sich eine ansonsten gasdichte Füh- rung (133) für den in axialer Richtung des Gehäuses (13) längsbeweglichen Stößel (26) befindet, der über einen rohrförmigen Gaskanal (5) auf das Gasmengensteuerventil (4) einwirkt, das mit seinem Ventilteller (42) eine den Ventilsitz (41) bildende Öffnung (63), die sich in einem den topfförmigen Raum (131) verschließenden Deckel (6) befindet, in Abhängigkeit vom Hub des Stößels (26) frei¬ gibt, und daß sich im topfförmigen Raum (131) eine fest an der inneren Wandung (135) des Gehäuses (13) anliegende Scheibe (7) befindet, die den topfförmigen Raum (131) in einen unteren Bereich (136) und einen oberen Bereich
(137), in dem auch der zu einem Brenner führende Gasaus¬ gang (138) angeordnet ist, aufteilt und desweiteren einen rohrförmigen Ansatz (71) aufweist, der gasdicht mit der Unterseite des Deckels (6) verbunden ist und ein oder mehrere radiale Ausnehmungen (73) besitzt, die durch einen Hohlzyl inder (8), der an der Innenseite des Ansat¬ zes (71) geführt und ansonsten längsbeweglich ist, mehr oder weniger verschlossen sind, wobei sich der in den unteren Bereich (136) des topfförmigen Raumes (131) hin¬ einragende Teil des Hohlzylinders (8) auf einer Schwebe-
05 scheibe (9) abstützt, die ihrerseits an der inneren Wan¬ dung (135) des Gehäuses (13) sowie am Gaskanal (5) leicht beweglich geführt ist, der seinerseits in seinem oberen Teil einen kegelförmigen, sich auf der dem Deckel (6) abgewandten Seite verjüngenden Bund (52) aufweist, der
10 sich zumindest teilweise im Bereich der Öffnung (63) des Deckels (6) befindet, und daß der Gaskanal (5) oberhalb des Bundes (52) ein oder mehrere radiale Öffnungen (53) besitzt, die auch durch den Ventilteller (42) nicht ver¬ schlossen sind.
(...
15
3. Gasmengensteuerung, insbesondere für eine Armatur eines Durchlauf-Wassererhitzers, nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Bereich (136) des topfför¬ migen Raumes (131) und der durch die Schwebescheibe (9)
20 und den Boden (132) gebildete Raum (92) mittels eines
Bypasses (10) miteinander verbunden sind, wobei der Bypaß (10) eine Drosselstelle aufweist, deren Öffnungsspalt (101) von außen einstellbar ist.
25 4. Gasmengensteuerung, insbesondere für eine Armatur eines
Durchlauf-Wassererhitzers, nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaskanal (5) zwischen dem Zwi¬ schenstück (51) und der Öffnung (53) eine Verengung (54) aufweist.
30
Gasmengensteuerung, insbesondere für eine Armatur eines Durchlauf-Wassererhitzers, nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verengung (54) durch eine s arat zu montierende Düse gebildet wird.
35
Gasmengensteuerung, insbesondere für eine Armatur eines Durchlauf-Wassererhitzers, nach einem der Patentansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (6) ein den Gaskanal (5) unterhalb des Bundes (52) umfassendes Führungsstück (64) aufweist.
7. Gasmengensteuerung, insbesondere für eine Armatur eines Durchlauf-Wassererhitzers, nach einem der Patentansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlzylinder (8) auf seiner an der Innenseite des Ansatzes (71) gleitenden Außenfläche ein oder mehrere umlaufende Nuten (81) auf¬ weist.
8. Gasmengensteuerung, insbesondere für eine Armatur eines Durchlauf-Wassererhitzers, nach einem der Patentansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (71) an seiner Innenseite im Bereich der an ihm gleitenden Außen¬ fläche des Hohlzylinders (8) ein oder mehrere umlaufende Nuten aufweist.
9. Gasmengensteuerung, insbesondere für eine Armatur eines
Durchlauf-Wassererhitzers, nach einem der Patentansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwebescheibe (9) oder der Hohlzylinder (8) im Bereich der stirnseiti¬ gen Auflagefläche des Hohlzylinders (8) erhabene Auflage- punkte (91) aufweisen.
PCT/EP1993/001539 1992-06-24 1993-06-17 Gasmengensteuerung, insbesondere für eine armatur eines durchlauf-wassererhitzers WO1994000716A1 (de)

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