DE29807307U1

DE29807307U1 - Strömungsmengenregler

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Publication number: DE29807307U1
Application number: DE29807307U
Authority: DE
Original assignee: Meibes Holding Geb GmbH
Current assignee: Meibes Holding Geb GmbH
Priority date: 1998-04-22
Filing date: 1998-04-22
Publication date: 1998-08-13
Anticipated expiration: 2008-04-23

Description

Strömungsmengeiir-egler-

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmengen-Regeleinrichtung für flüssige und/oder gasförmige Medien, insbesondere für die Warmwasserbereitung mit proportionaler Mengenabstimmung, mit einem von einem ersten Medium durchsetzten Sekundärkreis, der mit einem Meßglied zur Bestimmung der zwischen seinem Eingang und seinem Ausgang gegebenen Durchflußmenge und/oder Druckdifferenz versehen ist, und mit einem von einem zweiten Medium durchsetzten Primärkreis, der mit einem (ersten) Stellglied zur Einstellung der zwischen seinem Eingang und seinem Ausgang fließenden Durchflußmenge versehen ist, wobei das im Sekundärkreis befindliche Meßglied und das im Primärkreis befindliche Stellglied derartig miteinander in Wirkverbindung stehen, daß in einem weiten Bereich eine Abhängigkeit der durch den Primärkreis fließenden Duchflußmenge des zweiten Mediums von der durch den Sekundärkreis fließenden Duchflußmenge und/oder der zwischen Eingang und Ausgang des Sekundärkreises vorliegenden Druckdifferenz gegeben ist, und wobei der funktioneile Zusammenhang zwischen den im Primal— und Sekundärkreis fließenden Volumenströmen mittels eines weiteren Stellgliedes einstellbar ist.

lieben thermostatgesteuerten Warmwasserbereitern, die meist eine Hilfsenergie benötigen und Standverluste aufweisen, weil sie ständig heiß und auch träge sind, sind auch druckgesteuerte Warmwasserbereiter im Handel erhältlich.

Derartige druckgesteuerte Warmwasserbereiter verfügen über eine Durchfluß-Regeleinrichtung mit einem Meßglied und einem Stellglied, die miteinander in Wirkverbindung stehen.

Venn man am Warmwasserhahn Wasser zapft, wird durch das Zapfen der Sekundärkreis des Warmwasserbereiters freigegeben. Das als Feder/Membransystem ausgebildete Meßglied sensiert diese Freigabe des Sekundärkreises und verstellt mittels einer Kolbenstange ein dem Meßglied zugeordnetes Reglerventil, wodurch sich der Primärkreis des Varmwasserbereiters synchron zum Sekundärkreis öffnet. So kann Heizwasser aus dem Heizungsvorlauf im Gegenstromprinzip über einen Plattenwärmeaustauscher fließen (und abgekühlt in den Heizungskreislauf zurückströmen). Dabei werden die Fließmengen zueinander proportional abgestimmt. Bin Energieverbrauch und eine Erhitzung des Warmwasserbereiters erfolgt nur während des Zapfens. In den Zapfpausen ist das Gerät kalt. Im Unterschied zu thermostatgesteuerten Warmwasserbereitern werden Kalkablagerungen und Legionellenbildung weitgehend vermieden.

Bei diesem Strömungsmengenregler hängt die Temperatur des primärseitig gezapften Wassers von der jeweiligen Vorlauftemperatur ab. Da die Vorlauftemperatur in einem weiten Bereich <z. B. zwischen 65 °C und 90 ⁰C) schwanken kann, ergibt sich damit eine entsprechende Schwankungsbreite bei der Temperatur des gezapften Wassers. Zwar kann der funktioneile Zusammenhang zwischen dem primär- und dem sekundärseitigen Volumenströmen manuell verändert werden. Dies ist aber umständlich und den Benutzern der Zapfstelle nicht jedesmal zuzumuten. Außerdem schreibt die Heizungsanlagenverordnung vor, daß die zulässige Temperatur des zu zapfenden Heißwassers 60 °C

nicht übersteigen darf. Bei einem nicht temperaturgeregelten bzw. nur handgeregelten Strömungsmengenregler sind - bei Vorlauftemperaturen von bis zu 90 °C - Verbrühungen nicht auszuschließen.

Die mit Anspruch 1 gelöste Aufgabe der Erfindung besteht darin, diese als nachteilig anzusehenden Eigenschaften zu überwinden und einen Strömungsmengenregler, insbesondere für einen als Durchlauferhitzer ausgebildeten Warmwasserbereiter mit proportionaler Mengenabstimmung, zu beschreiben, bei dem die Temperatur des zu zapfenden Wassers weitgehend unabhängig von der Vorlauftemperatur ist.

Bei einer Strömungsmengen-Regeleinrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das weitere Stellglied eine automatische thermische Verstelleinrichtung (zweites Stellglied) ist, mit deren Hilfe die sekundärseitige Durchflußmenge in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur regelbar ist.

Während mit dem ersten Stellglied eine strömungsmengenabhängige Regelung erfolgt, wird mit dem zweiten Stellglied eine temperaturabhängige Regelung verwirklicht, woraus insgesamt eine wärmemengenabhängige Regelung resultiert.

Auf diese Weise wird die Auslauftemperatur unabhängig von der jeweiligen Vorlauftemperatur konstantgehalten.

Dabei ist das zweite Stellglied erfindungsgemäß so konstruiert, daß auf elektrische Servoaggregate und entsprechende Hilfsenergien verzichtet werden kann.

Darüberhinaus besteht die Erfindung in der Erweiterung des Primärkreises der Strömungsmengen-Regeleinrichtung

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dahingehend, daß ein sogenannter "Dreiwegeregler" mit Vorrangfunktion entsteht.

Während des Zapfvorgangs ist der Heizungskreislauf vollständig abgesperrt. Auf diese Weise fließt das gesamte Vorlaufwasser durch den Wärmeaustauscher des Warmwasserbereiters und kann so eine maximale Wärmeübertragung bewirken.

In den Zapfpausen ist der zum Wärmeaustauscher führende Vorlauf völlig geschlossen; gleichzeitig ist der Heizungskreislauf völlig geöffnet. Wegen der vom Regler erzwungenen Vorrangschaltung kann sowohl auf eine Drossel im Heizungskreislauf als auch auf eine Verstärkung der Umwälzpumpe verzichtet werden.

Die Ansteuerung einer Umwälzpumpe <z. B. für eine Zirkulationsleitung) oder sonstiger zu steuernden oder zu regelnden Aggregate kann vorteilhaft mittels eines an dem Strömungsmengenregler angebrachten elektromagnetischen Schaltelements bewirkt werden.

Das im folgenden beschriebene Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Strömungsmengenreglers ist für die Warmwasserbereitung vorgesehen. Zahlreiche andere Anwendungsgebiete, z. B. Kraftfahrzeugkühler mit Vorrangschaltung für die Innenraumheizung, sind ebenfalls denkbar.

Zwischen Primärkreis und Sekundärkreis ist eine Dichtung angeordnet, die sich vorzugsweise in einer Auswechselpratrone befindet. Im Sevice-Fall kann die Dichtungspatrone komplett ausgewechselt werden.

Es zeigt:

FLg. 1 eine Heizungsanordnung mit einem Wärmeaustauscher, der von einem erfindungsgemäßen Strömungsmengenregler gesteuert wird,
Fig. 2 eine herkömmliche Heizungsanordnung mit einem Wärmeaustauscher;

Fig. 3 zeigt einen herkömmlichen;

Fig. 4a/4b einen erfindungsgemäßen Strömungsmengenregler mit automatischer Temperaturregelung und mit "drittem Weg" (Vorrangschaltung); und

Fig. 5 einen Strömungsmengenregler mit "drittem Weg" (ohne automatische Temperaturregelung).

Die in Fig. 2 dargestellte herkömmliche Anordnung umfaßt einen Heizkessel (nicht gezeigt), Heizkörper 6 und einen aus Vorlauf 2 und Rücklauf 4 bestehenden Heizungskreislauf 2,4.

Für die Warmwasserbereitung ist diesem Heizungskreislauf 2,4 der Primärkreis 10 eines Durchlauferhitzers 8 über den primärseitigen Eingang 12 und den primärseitigen Ausgang parallelgeschaltet. Der sekundärseitige Eingang 18 des Durchlauferhitzers 8 ist an die (Kalt-)Wasserleitung 22 angeschlossen. Die Speisung der Warmwasserzapfstelle(n) 24 erfolgt über den sekundärseitigen Ausgang 20 des Durchlauferhitzers 8.

Der Durchlauferhitzer 8 besteht aus einem Wärmeaustauscher 26 und einem vorgeschalteten Strömungsmengenregler 28b.

Während des Zapfens wird mittels des Wasserdrucks der primärseitige (heizungsseitige) Kreis 10 des Warmwasserbereiters (Durchlauferhitzers) 8 geöffnet. Damit der Durchlauferhitzer 8 während des Zapfens hinreichend mit warmem Vorlaufwasser 2 versorgt wird, ist in den Heizungskreislauf 2,4 eine Drossel 30 eingefügt, die den

Heizungskreislauf 2,4 während des Zapfens weitgehend absperrt, damit das Heizungswasser überwiegend den Wärmetauscher durchströmt. In den Zapfpausen, hingegen, wenn beide Kreise 10,16 des Durchlauferhitzers 8 geschlossen sind, muß der Widerstand der Drossel 30 von einer entsprechend leistungsstarken Heizungs-Umwälzpumpe (nicht gezeigt) mit überwunden werden.

Der funktionelle Zusammnehang zwischen den im Primal— und Sekundärkreis 16 fließenden Volumenströmen ist mittels eines weiteren Stellgliedes 72 (Fig. 3) manuell beeeinflußbar, wodurch unterschiedliche Vorlauftemperaturen des Heizwassers kompensiert werden können.

Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Anordnung weist einen weitgehend vergleichbaren Aufbau auf: Der primärseitige Kreis 10 des Durchlauferhitzers 8 ist dem Heizungskreislauf 2,4 ebenfalls parallelgeschaltet. Der sekundärseitige Kreis 16 des Durchlauferhitzers 8 ist, wie in Fig. 2, an die (Kalt-)Wasserleitung 22 angeschlossen.

Anstelle eines manuell beeinflußbaren Stellgliedes 72 (Fig. 3) weist der erfindungsgemäße Strömungsmengenregler 28a ein zweites Stellglied (Fig. 4a/4b) zur automatischen Regelung der Temperatur des zu zapfenden Brauchwassers in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur auf.

Außerdem weist der Primärkreis 10 des erfindungsgemäßen Strömungsmengenreglers 28a - im Unterschied zu einem herkömmlichen Regler 28b - einen weiteren Eingang 32 und außer dem ersten Stellglied 34 (siehe Fig. 3) und dem zweiten Stellglied (siehe Fig. 4a/4b) ein drittes Stellglied (siehe Fig. 5: 44, 46, 48, 50 und 58) auf.

Der Rücklauf 4 des Heizungskreises 2, 4 ist nun von den Heizkörpern 6 kommend an den weiteren Eingang 32 des Strömungsmengenreglers 28a angeschlossen, wodurch ein weiterer Primärkreis 52 gebildet wird. Erfindungsgemäß ist dieser Primärkreis 10 als Dreiwegeregler ausgebildet, der als Vorrangschaltung funktioniert: Während des Zapfens ist der Wärmeaustauscherkreis <Primärkreis 10) geöffnet und der Heizungskreis 2,4 (weiterer Primärkreis 52) vorübergehend geschlossen. Auf diese Weise steht dem Durchlauferhitzer 8 die volle Heizleistung über den weiteren Primärkreis 52 zur Verfugung. Andererseits gelangt während der Zapfpaueen die gesamte Heizleistung über den weiteren Primärkreis 52 ungehindert in den Heizungskreis 2,4. Auf die herkömmliche Verwendung einer Drossel 30 (Fig. 2) kann somit gänzlich verzichtet werden.

Die Unterschiede zwischen einem herkömmlichen 28b und einem erfindungsgemäßen Strömungsmengenregler 28a werden beim Vergleich der Figuren 3 und 4a/4b ersichtlich.

Der in Fig. 3 dargestellte herkömmliche Strömungsmengenregler 28b besteht im wesentlichen aus einem primärseitige&eegr; Kreis 10 (siehe Fig. 2) mit einem primärseitigen Eingang 12, einem primärseitigen Ausgang 14 und einem Stellglied 34. Auf der rechten Seite der Fig. 3 ist ein sekundärseitiger Kreis 16 (siehe Fig. 2) mit einem sekundärseitigen Eingang 18, einem sekundärseitigen Ausgang 20 und einem Meßglied 38 in Form einer Buchse zu sehen. Auf die Buchse wirkt eine Feder 40. Meßglied 38 und Stellglied 34 sind durch den Bolzen 42 miteinander verbunden.

Während des Zapfens drückt der am sekundärseitigen Eingang 18 liegende Wasserdruck das Meßglied 38 entgegen der Kraft der Feder 40 nach rechts und gibt damit den Weg zwischen

• ·

Eingang 18 und Ausgang 20 des Sekundärereises 16 <Fig. 2) frei. Gleichzeitig wird mittels des Bolzens 42 das Stellglied 34 nach rechts bewegt und gibt in gleicher Weise den Primärkreis 10 für den Durchlauf des Heizungswassers durch den Wärmeaustauscher 26 <Fig. 2) frei.

Mit dem weiteren Stellglied 72 ist der funktioneile Zusammenhang zwischen den in Primär- 10 und Sekundärkreis 16 fließenden Volumenströmen manuell beeinflußbar.

Das in Fig. 4a/4b im Längsschnitt dargestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Strömungsmengenreglers 28a ist sekundärseitig (links im Bild) mit dem herkömmlichen Strömungsmengenregler 28b identisch.

Der wesentliche Unterschied zum herkömmlichen Strömungsmengenregler 28b besteht darin, daß anstelle des manuell beeinflußbaren Stellgliedes 72 (Fig. 3) ein zweites Stellglied zur automatischen Temperaturregelung vorgesehen ist. Zu diesem Zweck befindet sich im Vorlaufstrang 2, (Figi 1) ein Temperaturfühler 60 zur Erfassung der Vorlauftemperatur. Dabei erzeugt eine Temperaturerhöhung eine entsprechende Druckerhöhung bzw. eine entsprechende Ausdehnung, die über eine Druckleitung 66 und einen daran angeschlossenen voreingestellten Thermostatkopf 74 auf einen Zahnstangentrieb 62, 64 übertragen wird. Die Zahnstange 62 verstellt über ein Zahnrad 64, welches mit der Steuerhülse 50 des Strömungsmengenreglers 28a verbunden ist - entsprechend der gefühlten Temperatur - , die Steuerkurve der Steuerhülse 50 und regelt damit über das Zahnrad 60 Tore 68, die in der Steuerhülse 50 vorgegeben sind. Hierdurch wird der primäre Volumenstrom für die sekundärseitige Warmwasserbereitung in der Weise angepaßt,

daß die Auslauftemperatur - unabhängig von der jeweiligen Vorlauftemperatur - konstant bleibt.

Ein weiterer Unterschied zum herkömmlichen Strömungsmengenregler 28b ist ebenfalls primärseitig gegeben.

Der Primärkreis 10 (Fig. 1) weist einen weiteren Eingang 32 und ein drittes Stellglied auf (siehe Fig. 5: 44, 46, 48, 50 und 58). Dieses dritte Stellglied besteht aus einer an einem weiteren Bolzen 44 federnd (Feder 58) befestigten Scheibe 46, die gegen die stirnseitige öffnung 48 einer Steuerhülse 50 (mit drittem Weg) drückt. Der weitere Bolzen 44 steht mit dem ersten Bolzen 42 ebenfalls in Wirkverbindung. Und zwar ist in der Zapfpause der weitere Primärkreis 52, bestehend aus weiterem Eingang 32, Ausgang 14 und drittem Stellglied (Scheibe 46 und Steuerhülse 50 mit 3. Weg) , geöffnet. Während des Zapfens drückt der zwischen sekundärseitigern Eingang 18 und Ausgang 20 anliegende Wasserdruck auf die als Meßglied 38 wirkende Buchse, die entgegen der Kraft der Feder 40 (in Fig. 5 nach rechts) verschoben wird. Die Buchse nimmt den Bolzen 42 und den weiteren Bolzen 44 mit. Dabei wird das als Stellglied 34 wirkende Dichtungsstück ebenfalls nach rechts verschoben und öffnet damit den zwischen primärsei tigern Eingang 12 und Ausgang 14 liegenden Primärkreis 10 (Fig. 1). Gleichzeitig wird zusätzlich der weitere Bolzen 44 nach rechts verschoben, wodurch die Scheibe 46 die stirnseitige öffnung 48 der Steuerhülse 50 verschließt und somit den zwischen weiterem primärseitigern Eingang 32 und primärseitigern Ausgang 14 liegenden weiteren Primärkreis 52 unterbricht.

Rechts in Fig. 4a/4b befindet sich als Verlängerung des Bolzens 42 ein mitbewegbarer Dauermagnet 54, der mit einem weiter links am Gehäuse des Strömungsmengenreglers 28a

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ortsfest angebrachten elektromagnetischen Sensor (Reed-Kontakt) 56 in Wirkverbindung steht.

In Fig. 5 ist ein entsprechender Dauermagnet 54 zwischen dem Bolzen 42 und dem weiteren Bolzen 44 angeordnet. Der korrespondierende Sensor (Reed-Kontakt) 56 ist hier längs am Gehäuse angeordnet.
Mit Hilfe dieses Reed-Kontaktes 56 können schaltungstechnische MaBnahmen an Pumpen oder anderen Geräten kleiner Leistung vorgenommen werden.

Ströungsmengenregler Bezugszeichenlist&thgr;

2 Vorlauf

4 Rücklauf

2,4 Heizungskreislauf

6 Heizkörper

8 Durchlauferhitzer

10 Primärkreis

(des Durchlauferhitzers bzw. des Strömungsmengenreglers)

12 primärseitiger Eingang

14 primärseitiger Ausgang

16 Sekundärkreis

(des Durchlauferhitzers bzw. des Strömungsmengenreglers)

18 sekundärseitiger Eingang

20 sekundärseitiger Ausgang

22 (Kalt-)Wasserleitung

24 (Warmwasser—)Zapfstelle

26 Wärmeaustauscher

28a erfindungsgemäßer Strömungsmengenregler 28b herkömmlicher Strömungsmengenregler

30 Drossel

32 primärseitiger (weiterer) Eingang

34 (erstes) Stellglied

36 Dichtung

38 Meßglied (Buchse)

40 Feder

42 Bolzen

44 (weiterer) Bolzen

46 Scheibe

48 (stirnseitige) öffnung

50 Steuerhülse

52 (weiterer) Primärkreis

54 Dauermagnet

56 elektromagnetischer Sensor

58 Feder

60 Temperaturfühler

62 Zahnstange

64 Zahnrad

66 Druckleitung

68 Tore

72 weiteres Stellglied (manuell)

74 Thermostatkopf

Claims

Schutzansprüohe

1. Strömungsmengen-Regeleinrichtung für flüssige und/oder gasförmige Medien, insbesondere für die Warmwasserbereitung, mit proportionaler Mengenabstimmung, mit einem von einem ersten Medium durchsetzten Sekundärkreis <16>,

der mit einem Meßglied (38) zur Bestimmung der zwischen seinem Eingang <18) und seinem Ausgang (20) gegebenen Durchflußmenge und/oder Druckdifferenz versehen ist, und mit einem von einem zweiten Medium durchsetzten Primärkreis (10),

der mit einem (ersten) Stellglied <34) zur Einstellung der zwischen seinem Eingang <12) und seinem Ausgang <14) fließenden Durchflußmenge versehen ist, wobei das im Sekundärkreis (16) befindliche Meßglied <38) und das im Primärkreis <10) befindliche Stellglied <34) derartig miteinander in Wirkverbindung stehen, daß in einem weiten Bereich eine Abhängigkeit der durch den Primärkreis (10) fließenden Durchflußmenge des zweiten Mediums von der durch den Sekundärkreis <16) fließenden Durchflußmenge und/oder der zwischen Eingang (18) und Ausgang (20) des Sekundärkreises (16) vorliegenden Druckdifferenz gegeben ist,

und wobei der funktioneile Zusammenhang zwischen den in Primär- (10) und Sekundärkreis (16) fließenden Volumenströmen mittels eines weiteren Stellgliedes einstellbar ist,

« · &phgr; · Φ &phgr; &phgr; I

Φ«ΦΦ &igr;»·· &phgr;&phgr; Φ Φ* **

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dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Stellglied eine automatisch-thermische Verstelleinrichtung (zweites Stellglied) ist_t mit deren Hilfe die sekundärseitige Durchflußmenge in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur regelbar ist.

2. Strömungsmengen-Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die automatisch-thermische Verstelleinrichtung <58) einen in den Vorlaufkreis <2, 12) eingebrachten Temperaturfühler <60) umfaßt, der über eine Druckleitung (66) mit einem aus Zahnstange <62) und Zahnrad <64) bestehenden Zahnstangentrieb in Virkverbindung steht, womit sich Tore (68), die in der Steuerhülse <50) vorgegeben sind, (Vorlauf-)temperaturabhängig verkleinern oder vergrößern und damit die Auslauftemperatur konstantgehalten wird.

3. Strömungsmengen-Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, .

dadurch gekennze ic h &eegr; e t, daß der Primärkreis (10) einen weiteren Eingang <32) und ein drittes Stellglied aufweist, und damit einen Dreiwegeregler mit einem weiteren Primärkreis <52) bildet, wobei der zwischen weiterem Eingang (32) und Ausgang (14) mit dem dritten Stellglied gebildete weitere Primärkreis <52) in dem Maße geöffnet ist, wie der mit dem Eingang (12) und Ausgang <14) mit dem ersten Stellglied <34) gebildete Primärkreis (10) geschlossen ist - und umgekehrt (Vorrangschaltung) .

4. Strömungsmengen-Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

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daß das weitere Stellglied aus einer an einem weiteren Bolzen <44) fedend befestigten Scheibe <46) besteht, die gegen die stirnseitige öffnung <48) einer Steuerhülse <50> (mit drittem Weg) gerichtet ist, wobei der weitere Bolzen <44> mit einem ersten, mit dem Meßglied <38> verbundenen Bolzen (42) ebenfalls - und zwar derartig - in Wirkverbindung steht, daß in Zapfpausen der weitere, aus weiterem Eingang <32>, Ausgang <14> und drittem Stellglied <36) (Scheibe 46 und Steuerhülse 50 mit drittem Weg) bestehende weitere Primärkreis <52> geöffnet ist.

5. Strömungsmengen-Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1-4,

gekennzeichnet durch ein Schaltelement zur Steuerung extern angeordneter Aggregate.

6. Strömungsmengenregeleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement einen mit dem Bolzen <42> und/oder dem weiteren Bolzen <44) mitbewegbaren Dauermagneten (54) enthält, der mit einem am Gehäuse des Strömungsmengenreglers <2öa) ortsfest angebrachten elektromagnetischen Sensor <56) in Wirkverbindung steht.

7. Strömungsmengenregeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daB im Gehäuse des Reglers <28) eine Dichtung <36) angeordnet ist, die den Primärkreis <10) hydraulisch von dem Sekundärkreis <16) trennt,

wobei sich die Dichtung <36) in einer Patrone befindet, die im Sevice-Fall komplett austauschbar ist.