DE3401665C2 - Regeleinrichtung für ein Gasheizgerät - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für ein Gasheizgerät nach dem Oberbegriff des Patenanspruchs 1.

Eine solche Regeleinrichtung soll das Verhältnis zwischen Brenngasdurchflußmenge und Brennluftdurchsatz in einem Gas­ heizgerät konstant halten, das mit einem Ventilator mit stu­ fenlos oder stufenweise verstellbarer Luftförderung oder mit einem Ventilator mit konstanter Luftförderung und einem Reg­ ler zur Steuerung der Luftstrommenge zum Brenner ausgerüstet ist, wobei der Ventilator den Luftstrom entweder direkt durch Zuführung der Luft von außen oder aber indirekt durch Ansau­ gen der Verbrennungsprodukte steuert; die letztgenannte An­ ordnung wird bei Heizgeräten mit Gasdruckregler vorgesehen.

Es ist bekannt, daß Heizanlagen in der Regel für einen fest­ gelegten maximalen Wärmebedarf ausgelegt sind, wobei sie al­ lerdings in der Praxis nicht ständig mit voller Heizleistung betrieben werden.

Daher wird entsprechend dem jeweiligen Heizbedarf die Durch­ flußmenge des Brenngases verändert, beispielsweise mit Hilfe eines Durchflußreglers, der als sogenannter "Minimum-Maximum- Regler", oder als "Stufenregler", oder als "Verhältnis- Regler" oder als eine Kombinationen dieser Regelungsarten ausgeführt sein kann.

Weiterhin ist bekannt, daß bei einem Heizgerät, dessen Heiz­ leistung immer im Bereich des maximalen Leistungswertes abge­ geben werden soll, die Notwendigkeit besteht, das Verhältnis zwischen der in die Brennkammer eingeleiteten Luftmenge und der jeweiligen Gasdurchflußmenge konstant zu halten; dies kann entweder durch einen Ventilator mit variabler Luftförde­ rung oder mit einem Ventilator mit fest eingestellter Dreh­ zahl und einer Vorrichtung zur Regulierung des Luftdurchsat­ zes erfolgen, wobei der Ventilator die Luftzufuhr zur Brenn­ kammer in Abhängigkeit von der Gasdurchflußmenge steuert.

Es ist gleichfalls bekannt, daß das Gas/Luft-Verhältnis bei geändert er Gasdurchflußmenge nahezu konstant gehalten werden muß, was entweder durch ein Signal eines geeigneten Rauch­ gasanalysators, der beispielsweise den Sauerstoffgehalt der Verbrennungsprodukte kontrolliert, oder durch mit Heißleitern (Thermistoren) ausgerüstete elektronische Regler oder aber durch Herstellung einer geeigneten mechanischen Verbindung zwischen dem Regler für den Brennluftdurchsatz und dem Regler für die Brenngasdurchflußmenge herbeigeführt werden kann, so daß beide Durchflußmengen synchron verändert werden.

Hierbei handelt es sich um extrem kostenaufwendige Systeme (Rauchgasanalysatoren) oder um schwer einstellbare Systeme, zumal die Heizgeräte in der Regel als sogenannte "Multigas"- Geräte ausgeführt sein müssen, so daß sie ohne weiteres mit der jeweils verfügbaren Gasart betrieben werden können.

Eine Regeleinrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE 30 06 683 C2 bekannt. Dort hat man in die Luftzuführung zu einem Gasbrenner eine Blende eingesetzt und den dort luft­ durchsatzabhängig auftretenden Differenzdruck in ein durch eine Membran geteiltes Gehäuse geleitet. Die abhängig vom Differenzdruck bewegte Membran wirkt mechanisch über einen Stellhebel auf einen Druckregler, der in die Gaszuführleitung zum Brenner eingesetzt ist. Auf diese Weise läßt sich das Gas/Luft-Verhältnis einregeln. Man hat dort zusätzlich auch, weil die dem Brenner zugeführte Luft vorgewärmt wird, noch eine weitere Blende in die Gaszuführung eingesetzt und den hinter dieser Blende auftretenden Druck zum Ausgleich der durch die Luftvorwärmung entstehenden Veränderungen im Gas/Luft-Verhältnis ebenfalls über eine Membran auf den den Gasdruckregler beeinflussenden Stellhebel wirken lassen. Eine Umstellung des Gas/Luft-Verhältnisses bei Einsatz einer ande­ ren Gasart ist dort nicht vorgesehen.

Aus der DE-OS 25 09 893 ist es auch bekannt, den Druck in ei­ ner Gasleitung vor dem Gasdruckregler auf eine das Gasdruck­ regelventil steuernde Membran zu geben, die von der anderen Seite her durch eine Druckfeder beaufschlagt ist. Dieser ent­ gegengesetzt zur Druckfeder wirkende Gasdruck wird aber zu­ sätzlich noch auf mindestens einen Pilotregler gegeben, des­ sen Druckkammer hinter einem Steuerventil sitzt, das mit dem Ausgangsstutzen der Gaszuführung in Verbindung steht. Abhän­ gig davon, welche Gasmenge vom Pilotregler in den Ausgangs­ stutzen geleitet wird, d. h. abhängig von dem Öffnungsdruck des Pilotreglers, wird dadurch auch der Druck in der Druck­ kammer des Gasdruckreglers beeinflußt, so daß bei der dort vorgesehenen Umschaltung auf einen zweiten Pilotregler mit einem anderen Druckniveau, auch eine Umstellung der zugeführ­ ten Gasmenge erreicht werden kann. Solche Einrichtungen, bei denen auch nur ein Pilotregler mit umschaltbarer Federdruck­ kraft vorgesehen sein kann, sind daher für die Verwendung für verschiedene Gasarten geeignet. Eine Abstimmung mit der zuge­ führten Luftmenge allerdings ist dort nicht vorgesehen. Auch eine feinfühlige Regelung, die insbesondere auf Änderungen der Luftmenge anspricht, kann dort nicht erreicht werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Regelein­ richtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine feinfühlige Regelung des Gas/Luft-Verhältnisses erreicht, einfach und sicher zu handhaben ist und ohne weiteres an di­ verse Gasarten anpaßbar sein soll, mit denen das Heizgerät betrieben werden soll.

Diese Aufgabe wird bei einer Regeleinrichtung der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patent­ anspruches 1 gelöst. Durch diese Ausgestaltung kann die je­ weils abgegebene Gasdurchflußmenge direkt über den vom Luft­ durchsatz an einer Drosselstelle erzeugten Druckabfall ge­ steuert werden und zwar mit Hilfe einer relativ einfachen He­ belvorrichtung, die auf den im Gasstrom vorgesehenen Druckreg­ ler wirkt. Durch Veränderung-der Lage der Schwenkachse dieser Hebelvorrichtung läßt sich das einzuregelnde Gas/Luft-Ver­ hältnis in einfacher Weise verstellen.

In Weiterbildung der Erfindung kann die für die Stütze des Stellhebels vorgesehene Anzahl von Sitzen für die Lagerung des Stellhebels an einem in Längsrichtung des Hebels ver­ stellbaren Steuerschieber angebracht sein, so daß die Ver­ stellung der Schwenkachse in einfacher Weise, beispielsweise vor der Auslieferung des Heizgerätes vorgenommen werden kann. Weitere Merkmale der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung dargestellt und wird im folgenden beschrieben.

Die einzige Figur zeigt dabei eine schematische Dar­ stellung einer erfindungsgemäßen Regeleinrichtung.

In der Zeichnung wird ein Gasheizgerät insgesamt mit 1 bezeichnet, in das eine erfindungsgemäße Verhältnis-Regeleinrichtung eingebaut baut ist.

Das Heizgerät 1 besteht aus einer Brennkammer 2 mit einer Rohrleitung 3 für den in Pfeilrichtung F geführten Luftstrom und einer Rohrleitung 4 für den in Pfeilrichtung G abgeleiteten Rauchgasstrom.

In der Brennkammer 2 sind ein Gasbrenner 5 und ein Wärmetauscher 6 angeordnet, der von den Rauchgasen umströmt wird und durch den im dargestellten Ausführungsbeispiel das auf zuheizende Wasser hindurch­ fließt, das über die Rohrstutzen 7 und 8 ein- und austritt, die ih­ rerseits an ein herkömmliches, nicht gezeichnetes Leitungsnetz ange­ schlossen sind.

Der Gasbrenner 5 wird über einen Gasdruckregler 9 und eine Rohr­ leitung 10 gespeist, an deren Ende eine oder mehrere Düsen 11 zur Versorgung des Brenners 5 angebracht sind.

Nicht dargestellt sind die weiteren Regel- und/oder Sicherheits­ organe, die gemeinhin bei einem Gasbrenner vorgesehen werden, da sie nicht erfindungserheblich und zudem allgemein bekannt sind.

Der Druckregler 9 umfaßt im einzelnen ein Ventilgehäuse 12, in dem der gestrichelt dargestellte Gasstrom 13 durch einen Einlaß­ stutzen 14, der an eine herkömmliche und folglich nicht darge­ stellte Gasquelle angeschlossen ist, und durch einen Auslaßstut­ zen 15 definiert wird, der an die Rohrleitung 10 angeschlossen ist.

Der Gasdruckregler 9 umfaßt des weiteren einen beweglichen Ven­ tilkörper 16, dessen Sitz 17 in das Ventilgehäuse 12 eingearbeitet ist.

Mit 18 wird eine elastische Membran bezeichnet, die hinter dem Ventilsitz 17 angeordnet und peripher am Ventilgehäuse 12 be­ festigt ist; der Ventilkörper 16 ist mit der Membran 18 zu einer Einheit zusammengebaut.

Durch die Wirkung der Membran 18 wird der Ventilkörper 16 je nach Bedarf in axialer Richtung vom Ventilsitz 17 weg bzw. zum Ventil­ sitz 17 hin bewegt.

Die hinter dem Ventilsitz 17 angeordnete Membran 18 ist mit einem koaxial zum Ventilkörper 16 angeordneten Stößel 19 versehen, der auf der dem Ventilkörper 16 entgegengesetzten Seite geführt wird.

Der beschriebene Gasdruckregler 9 ist ein sogenannter direkt wirkender Regler; selbstverständlich kann ebensogut ein sogenann­ ter indirekt wirkender Regler vorgesehen werden.

Um den Brennluftdurchsatz in Funktion des jeweiligen Heizbedarfs zu regulieren, ist das Heizgerät mit einem Ventilator 20 mit va­ riabler Geschwindigkeit ausgerüstet, dessen Luftleistung je nach Bedarf auf einfache und bekannte Weise verstellt werden kann. An­ stelle des Ventilators mit variabler Geschwindigkeit kann auch ein Ventilator mit konstanter Drehzahl und verstellbarem Drosselorgan eingesetzt werden. Beim hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Ventilator in der Rohrleitung 4 im Rauchgasstrom angebracht; er könnte ebenso gut auch in der Rohrleitung 3 im Brennluftstrom montiert werden.

Mit 21 wird eine Drossel bezeichnet, die im vorliegenden Fall in die rauchgasführende Rohrleitung 4 eingesetzt ist und die aus einer Bohrung 22 besteht, die in einer quer zur Strömungsrichtung vorge­ sehenen dünnen Wand angebracht ist.

Die Druckdifferenz, die an der Drossel 21 auftreten kann, wird von einem Membranmeßwerk 25 aufgenommen. Die Meßwerkmembran 24 bildet mit einem lotrecht zu ihr angeordneten Stößel 26 eine Einheit, wo­ bei der Stößel 26 beweglich und druckdicht durch eine Bohrung 27 im Membranmeßwerk 25 hindurchgeführt wird und über dieses hinaus­ ragt.

Die Membran 24 bildet im Membranmeßwerk 26 eine erste Kammer 28 und eine zweite, vom Stößel 26 durchquerte Kammer 29; die Kammern 28, 29 stehen über die Leitungen 30, 31 mit der Rohrleitung 4 des Rauchgas­ stroms in strömender Verbindung, und zwar vor und nach der Drossel 21.

Das Membranmeßwerk 25 und der Druckregler 9 sind jeweils so posi­ tioniert, daß der Stößel 26 und der Stößel 19 gleichgerichtet ge­ führt werden; beim gezeichneten Ausführungsbeispiel sind das Mem­ branmeßwerk 25 und der Druckregler 9 durch einen Haltebügel 32 zu einer Einheit zusammengebaut.

Die Regeleinrichtung umfaßt außerdem einen mechanischen Stellan­ trieb, der insgesamt mit 33 bezeichnet wird und der aus einem Stell­ hebel 34 mit Hebelstütze 35 besteht, wobei die Länge der Hebelarme 36 und 37 mit "a" beziehungsweise "b" bezeichnet wird.

Die Enden der Hebel arme 36 und 37 sind an den Enden der Stößel 26 und 19 angelenkt, so daß auf diese Weise die mechanische Verbin­ dung zwischen der Meßwerkmembran 24 und der Reglermembran 18 herge­ stellt ist.

Die Hebelstütze 35 liegt auf dem Bügel 32 auf, und zwar parallel zum Stellhebel 34 verschiebbar, damit die Längen "a" und "b" der Hebelarme 36 und 37 verändert werden können.

Der Hebel 34 weist eine Vielzahl von Sitzen auf, die beim dargestell­ ten Ausführungsbeispiel mit 38, 39, 40 und 41 bezeichnet sind und die Hebelstütze 35 aufnehmen, und zwar je nach dem Gastyp, mit dem das Heizgerät 1 betrieben werden soll.

Die Sitze 38, 39, 40 und 41 sind an einem Steuerschieber 42 ange­ bracht, der längs dem Hebel 34 montiert ist und mit Hilfe der Feststellschrauben 43 verstellt werden kann und dessen Funktions­ weise im folgenden näher beschrieben wird.

Mit 44 wird eine Feder bezeichnet, deren Vorspannung über eine Schraube 45 fest eingestellt wird und die über das freie Ende des Hebelarmes 37 und den Stößel 19 auf die Reglermembran 18 und damit auf das Stellventil 16 einwirkt, wobei die Federkraft so ein­ gesetzt wird, daß das Stellventil 16 vom Ventilsitz 17 abhebt.

Der Stellantrieb 33 ist als federnder Antrieb ausgeführt, da die Feder 46 mit hoher Vorspannung zwischen den beiden teleskopartig wirkenden Ausläufern 47 und 48 des Stößels 19 oder, als Lösungs­ alternative, des Stößels 26 montiert wird.

Innerhalb der hier beschriebenen Regeleinrichtung bilden die in die Rohrleitung 4 des Rauchgasstroms eingesetzte Drossel 21 und die Membran 24 ein Meßwerk für die Rauchgasdurchflußmenge, das ein Signal abgibt, welches durch die Kraft erzeugt wird, mit der die Membran 24 infolge der dies- und jenseits der Drossel 21 auf­ tretenden gegensätzlichen Wirkkräfte beaufschlagt ist, wobei die­ ses Signal über den mechanischen stellantrieb 33 den Druckregler 9 steuert.

Durch die erfindungsgemäß ausgeführte Regeleinrichtung verhält sich die Brenngasdurchflußmenge proportional der Rauchgasdurchflußmenge.

Bekanntlich zeigen die nachstehend aufgeführten Regelgrößen ein Ver­ halten, das bei je zweien dieser Größen proportional ist, und zwar:

• - der Druck des Gasstroms in der Rohrleitung 10,
• - die Fläche der Membran 18,
• - die vom Ende des Hebelarmes 37 auf das Stellventil 16 über den Stößel 19 ausgeübte Kraft,
• - die von der Membran 24 auf das Ende des Hebelarmes 36 ausgeüb­ te Kraft,
• - die Fläche der Membran 24,
• - der Differenzdruck an der Drossel 21.

Hieraus folgt, daß die erste Größe proportional der letzten Größe ist, so daß sich - wie angestrebt - die Gasdurchflußmenge proportio­ nal dem Brennluftdurchsatz verhält.

Der numerische Wert der Verhältniszahl, die das erwünschte stöchio­ metrische Gas/Luft-Verhältnis bewirkt, kann übrigens in der Praxis auf einfache Weise durch eine geeignete maßliche Auslegung und Ein­ stellung der Regeleinrichtung erzielt werden.

Um die Verwendung eines beliebigen, im Handel befindlichen Gases (Erdgas, Stadtgas, usw.) zu ermöglichen, kann die Verhältniszahl am erfindungsgemäß ausgeführten Gerät ohne weiteres verändert wer­ den, um sie dem jeweils verfügbaren Gas anzupassen, indem die He­ belstütze 35 so verstellt wird, das sie in einen der Sitze 38, 39, 40 oder 41 eingreift, wodurch ein bestimmter Wert der Länge "a" und "b" der Hebelarme 34, 36 eingestellt wird, der die erwünschte Ver­ hältniszahl bestimmt.

Dieses Verstellen der Hebelstütze 35 kann an Ort und Stelle je nach dem vorhandenen Gas und ohne weiteren Einstellaufwand erfolgen.

Die Grundeinstellung der Regeleinrichtung wird einmalig im Herstel­ lerwerk vorgenommen, und zwar für eine bestimmte Gasart, wobei der Steuerschieber 42 längs dem Hebel 34 verstellt und sodann fixiert wird, während die Hebelstütze 35 in den Sitz eingreift, der der an­ genommenen Gasart entspricht.

Die Feder 44 kann auf einfache Weise so eingestellt werden, daß ein Absinken des Gasdrucks unter einen bestimmten Mindestwert mit Sicherheit ausgeschlossen ist.

Die Feder 46 ist so dimensioniert und eingestellt, daß die über einen festgelegten Höchstwert hinausgehenden Wirkkräfte nicht vom Stößel 19 auf die Membran 16 übertragen werden, so daß der Gasdruck nicht über einen festgelegten Höchstwert hinaus ansteigen kann, wodurch die abgegebene Brenngasinenge zwangsläufig nach oben begrenzt wird.

Der wesentliche Vorteil, der mit der erfindungsgemäßen Regelein­ richtung erzielt werden kann, besteht darin, das erwünschte stöchio­ metrische Gas/Luft-Verhältnis auf einfache, kostengünstige und zu­ verlässige Art und Weise herbeizuführen.

Ein weiterer erheblicher Vorteil der erfindungsgemäßen Regelein­ richtung besteht darin, daß sie sich rasch und an Ort und Stelle an die für den Betrieb verfügbare Gasart angepaßt werden kann.

Claims (4)

1. Regeleinrichtung für ein Gasheizgerät bestehend aus einem in eine Brennkammer mit einer Rohrleitung für den Luft­ strom und mit einer Rohrleitung für den Rauchgasstrom einge­ bauten Gasbrenner, einem in der Brennkammer angeordneten Wär­ metauscher und einem Gasdruckregler mit mindestens einer mit einem Ventilkörper zu einer Einheit zusammengebauten Membran, bei der als weitere Funktionsglieder eine in die Rohrleitung des Luftstromes oder in die Rohrleitung des Rauchgasstromes eingesetzte Drossel, ein Membranmeßwerk zur Aufnahme des Dif­ ferenzdruckes vor und nach der Drossel, sowie ein proportio­ nal wirkender mechanischer Stellantrieb zwischen Membran, Meßwerk und Reglermembran vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Stellantrieb (33) als ein schwenkbarer Stellhebel (34) ausgebildet ist, dessen einer Hebelarm (36) auf das Membranmeßwerk und dessen anderer Hebelarm (37) auf die Reglermembran (18) mechanisch einwirkt, und daß der Stellhebel (34) auf einer Hebelstütze (35) aufliegt, die durch Eingriff in einen von einer Vielzahl von Sitzen (38, 39, 40, 41) relativ zur Längsrichtung des Stellhebels (34) verstellbar ist.

2. Verhältnis-Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Vielzahl von Sitzen (38, 39, 40 und 41) an einem in Längsrichtung des Hebels (34) verstell­ baren Steuerschieber (42) angebracht sind.

3. Verhältnis-Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Gasdruckregler (9) mit einer ein­ stellbaren Feder (44) ausgerüstet ist, die konstant auf den Ventilkörper (16) wirkt und dadurch sicherstellt, daß der Gas­ druck nicht unter einen fest eingestellten Mindestwert absinkt.

4. Verhältnis-Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Stellantrieb (33) durch eine mit fest eingestellter, hoher Vorspannung ein­ gebaute Feder (46) Proportional-kontinuierlich arbeitet und da­ durch sicherstellt, daß der Gasdruck nicht über einen fest ein­ gestellten Höchstwert ansteigt.