DE4308770A1 - Steuerapparat einer Heißwasserversorgung - Google Patents

Description

Die Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Pa­ tentanmeldung Nr. 67 481/1992, eingereicht am 25.03.1992, welche hierin unter Bezugnahme beinhaltet ist.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Steuerapparat einer Heißwasserversorgung, insbesondere auf eine Heißwasserver­ sorgung, welche die Temperatur des ausströmenden Wassers durch Reagieren auf eine momentane Änderung der Temperatur des ausströmenden Wassers auf einer vorbestimmten Temperatur halten kann. Für eine Heißwasserversorgung, welche die Tempe­ ratur des ausströmenden Wassers auf einer vorbestimmten Tem­ peratur halten kann, wurden viele Verbesserungen vorgeschlagen. Eine kürzlich vorgeschlagene kann die Tempe­ ratur des ausströmenden Wassers bei einer festgesetzten Tem­ peratur durch Regulieren der Verbrennungsleistung aus der Be­ ziehung zwischen der Ausgangstemperatur und der festgesetzten Temperatur beibehalten.

Dieser Typ des Steuerapparates kann jedoch noch nicht ein Nachkoch-Phänomen oder ein Kaltwasser-Schichtphänomen be­ handeln. Ein Nachkoch-Phänomen bedeutet hierbei, daß zu­ rückbleibende Hitze das stehende Wasser in einem Wärmeaus­ tauscher überhitzt, nachdem ein Auslaufventil geschlossen worden ist und der Wasserausfluß stoppt. Das Kaltwasser- Schichtphänomen bedeutet den Umstand, daß kaltes Wasser tem­ porär zu dem Anfangsmoment ausläuft, wenn ein Auslaufventil wieder geöffnet wird.

Um das Nachkoch-Phänomen und das Kaltwasser-Schichtphänomen zu unterdrücken, schlägt die japanische Patentanmeldung Nr. 3186 150 (186 150/1991) einen Überstromkanalmischtyp des Steu­ erapparates vor, welcher eine Hauptleitung und einen Über­ stromkanal aufweist, deren Durchflußverhältnis gemäß der Än­ derung der Auslaßtemperatur eines Wärmeaustauschers einge­ stellt werden kann. Der Hauptkreislauf beinhaltet die Haupt­ leitungsdurchgänge durch den Wärmeaustauscher, der Überstrom­ kanalkreislauf beinhaltet jedoch keinen Wärmeaustauscher. Die Einstellung des Durchflußverhältnisses des Überstromkanals zur Hauptleitung ermöglicht es dem Überstromkanalmischtyp- Steuerapparat, das Nachkoch-Phänomen und das Kaltwasser- Schichtphänomen bis zu einem gewissen Grad zu beheben.

Unter einigen Bedingungen jedoch kann selbst der Überstrom­ kanalmischtyp-Steuerapparat ein Überhitzen, verursacht durch das Nachkoch-Phänomen oder ein temporäres Auslaufen eines Kaltwassers, verursacht durch das Kaltwasser-Schichtphänomen, nicht vollständig verhindern. Die japanische Patentanmeldung Nr. 3-186 150 steuert lediglich den Durchfluß des Überstrom­ kanalkreislaufes, um das Verhältnis des heizenden Hauptkreis­ laufes und des nicht heizenden Überstromkanalkreislaufes zu regulieren. Folglich wird der Durchfluß des heizenden Haupt­ kreislaufes unzureichend oder übermäßig. Das Defizit des Hauptdurchflusses erlaubt das Auftreten des Nachkoch-Phäno­ mens oder des Kaltwasser-Schichtphänomens.

Ein Ziel dieser Erfindung ist es, einen Steuerapparat für eine Heißwasserversorgung zu schaffen, welcher das Auftreten des Nachkoch-Phänomens, nämlich einem Überhitzen stehenden Wassers in einer Hauptleitung durch Resthitze in einem Wärme­ austauscher unterdrücken kann.

Um dieses Ziel zu erreichen, schlägt diese Erfindung einen Steuerapparat für eine Heißwasserversorgung vor, umfassend einen Wärmeaustauscher, einen Brenner zum Heizen des Wärme­ austauschers, einen Hauptwärmekreislauf, umfassend einen Wär­ meaustauscher, einen Überstromkanalkreislauf ohne Wärme­ austauscher, der an beiden Enden (eine Ableitung und eine Einleitung) mit dem Hauptwärmekreislauf verbunden ist, eine Temperatureingabevorrichtung zum Festsetzen der gewünschten Temperatur des ausfließenden Wassers nach Anordnung des An­ wenders, einen Verhältnisregler zum Aufrechthalten der Aus­ gangstemperatur auf einer festgesetzten Temperatur, gegeben durch die Temperatureingabevorrichtung, durch Regeln der Brennerleistung als Reaktion auf eine Änderung des ausströ­ menden Wasserflusses, einen Durchflußverhältniseinsteller, installiert an der Ableitung des Hauptkreislaufes und des Überstromkanalkreislaufes zum Andern des Verhaltnisses des Überstromkanaldurchflusses zum Hauptkreislaufdurchfluß, wobei der Durchflußverhältniseinsteller gleichzeitig zwei Öffnungs­ grade eines ersten Regelventiles in dem Hauptkreislauf und eines zweiten Regelventiles in dem Überstromkanalkreislauf mittels einer Antriebseinrichtung ändert, ein Wasserventil ist in einem oberen Wasserlauf des Durchflußverhältnissesein­ stellers installiert, um eine Druckdifferenz zwischen dem oberen Wasserlauf des Durchflußverhältniseinstellers und ei­ nem Unterlauf des Wärmeaustauschers auf einem konstanten Wert beizubehalten, eine Signalausgabevorrichtung ist vorgesehen, um das ervünschte Verhältnis des Öffnungsgrades des ersten Regelventils zu dem des zweiten Regelventiles zu berechnen, um die Temperatur des Auslaufwassers auf einer um eine ge­ wisse Differenz höheren Temperatur als die Temperatur des Eingangswassers zu halten und um das berechnete Verhältnis an die Antriebseinrichtung zum Maßgeben der Öffnungsgrade des ersten und zweiten Regelventils zu geben, die Verstellung der Antriebseinrichtung bestimmt die Öffnungsgrade der zwei Ven­ tile, wobei eine Zunahme der Verstellung der Antriebseinrich­ tung eine allmähliche Zunahme des Öffnungsgrades des zweiten Regelventiles hervorruft, der Öffnungsgrad des ersten Regel­ ventiles jedoch verbleibt auf einem gewissen Grad, bis die Verstellung der Antriebseinrichtung einen vorbestimmten Wert erreicht, wonach der Öffnungsgrad des ersten Ventiles ent­ sprechend der Zunahme der Verstellung (siehe Fig. 1) allmäh­ lich zunimmt.

Die Funktionen des Steuerapparates werden erklärt. Die Tem­ peratur des aus der Heißwasserversorgung ausströmenden Was­ sers wird auf einer vorbestimmten Temperatur durch den Ver­ hältnisregler beibehalten, welcher die Brennerverbrennungs­ leistung gemäß dem Unterschied zwischen der festgesetzten Temperatur und der Auslaufwassertemperatur regelt. In diesem Zustand bestimmt die Signalausgabevorrichtung die Öffnungs­ grade des ersten und zweiten Regelventiles, so daß die Tem­ peratur des Wassers am Ausgang des Wärmeaustauschers höher ist, als die des Einlaufwassers mit einer bestimmten Tempe­ ratur.

Ausgenommen einen Fall, bei welchem die Temperatur des Ein­ laufwassers zu niedrig und die vorbestimmte Temperatur zu hoch ist, ist es wünschenswert, den Hauptkreislaufdurchfluß bei einer konstanten Menge zu halten, ungeachtet des Durchflusses des Überstromkanalkreislaufes, um die Wassertem­ peratur am Ausgang des Wärmeaustauschers auf einer vorge­ schriebenen Temperatur zu halten, welche um eine gewisse Temperatur höher ist als die Einlaufwassertemperatur.

Wenn das Durchflußverhältnis des Überstromkanalkreislaufes zum Hauptkreislauf innerhalb eines gewissen Bereiches erhöht wird, wird der Durchfluß des Hauptkreislaufes konstant gehal­ ten, wenn der Öffnungsgrad des ersten Regelventiles unverän­ dert bleibt, da das Wasserventil die Druckdifferenz zwischen dem Einlaufwasser und dem Wasser an der Einleitung des Überstromkanal- und des Hauptkreislaufes beibehält. Wenn das Überstromkanaldurchflußverhältnis weiter über den Bereich hinaus erhöht wird, steigt der Widerstand an der Einleitung so sehr, daß der Hauptkreislaufdurchfluß geschwächt werden würde, selbst wenn die Druckdifferenz zwischen dem Einlaufbe­ reich und der Einleitung durch das Wasserventil als ein kon­ stanter Wert gehalten wird. Der Öffnungsgrad des ersten Re­ gelventiles jedoch soll erhöht werden, da das Überstromka­ naldurchflußverhältnis den Wert erreicht hat. Die Zunahme der Öffnung des ersten Regelventiles hebt die Tendenz der Ver­ ringerung des Hauptkreislaufdurchflusses auf. Demzufolge wird der Durchfluß des Hauptkreislaufes konstant gehalten. Da der Hauptwärmekreislauf einen ausreichenden Fluß beibehält, kann einer Überhitzen einer sehr kleinen Wassermenge in dem Wärme­ austauscher durch die Restwärme vermieden werden. Der kräf­ tige Fluß des Hauptkreislaufes verhindert das Nachkoch­ phänomen perfekt. Weiterhin kann solch ein stationärer, sta­ biler Zustand schnell geschaffen werden, wenn die Heiß­ wasserversorgung wieder gestattet wird.

Das Problem des Nachkochens wurde mittels des im vorange­ henden beschriebenen Steuerapparates gelöst. Ein anderes Ziel dieser Erfindung ist es, einen Steuerapparat, welcher es ei­ ner Heißwasserversorgung erlaubt, Heißwasser mit einer vorbe­ stimmten Temperatur zu produzieren und das Kaltwasser- Schichtphänomen weitestgehend abzuschwächen, selbst wenn die Temperatur des Einlaufwassers niedrig und die festgesetzte Temperatur zu hoch ist, zu schaffen.

Um das Ziel zu verwirklichen, schlägt die Erfindung einen an­ deren Steuerapparat für eine Heißwasserversorgung vor, umfas­ send einen Wärmeaustauscher, einen Brenner zum Heizen des Wärmeaustauschers, einen Hauptwärmekreislauf, beinhaltend den Wärmeaustauscher, einen Überstromkanalkreislauf ohne Wärme­ austauscher, der an beiden Enden (eine Ableitung und eine Einleitung) mit dem Hauptwärmekreislauf verbunden ist, eine Temperatureingabevoreinrichtung zum Festsetzen der gewünsch­ ten Temperatur des ausströmenden Wassers zur Benut­ zeranwendung, einen Regler zum Beibehalten der Auslaufwas­ sertemperatur einer festgesetzten Temperatur, vorgegeben durch die Temperatureingabevorrichtung, durch Regeln der Brennerverbrennungsleistung als Reaktion auf eine Änderung des ausströmenden Wasserflusses, einen Durchflußverhältniseinsteller, installiert an der Ableitung des Hauptkreislaufes und des Überstromkanalkreislaufes zum Ändern des Verhältnisses des Überstromkanaldurchflusses zum Hauptkreislaufdurchfluß, wobei der Durchflußverhältnisein­ steller gleichzeitig zwei Öffnungsgrade eines ersten Regel­ ventiles im Hauptkreislauf und eines zweiten Regelventiles im Überstromkanalkreislauf mittels einer Antriebsvorrichtung än­ dert, im oberen Wasserlauf des Flußverhältniseinstellers ist ein Wasserventil zum Beibehalten der Druckdifferenz zwischen der Ableitung und der Einleitung auf einem konstanten Druck installiert, eine Signalausgabevorrichtung ist vorgesehen, um das erwünschte Verhältnis des Öffnungsgrades des ersten Re­ gelventiles zu dem des zweiten Regelventiles zu berechnen, um die Temperatur des Auslaufwassers auf einer Temperatur zu halten, die eine gewisse Differenz höher ist als die Tempera­ tur des Einlaufwassers und um der Antriebseinrichtung das be­ rechnete Verhältnis zum Maßgeben der Öffnungsgrade des ersten und zweiten Regelventiles zu geben, wobei die Verstellung der Antriebseinrichtung die Öffnungsgrade der zwei Ventile be­ stimmt; wenn die Verstellung in einem Bereich von Null bis zu einem festgesetzten Wert sich ändert, wird das zweite Regel­ ventil geschlossen; wenn die Verstellung über den festgesetz­ ten Wert hinausgeht, nimmt der Öffnungsgrad des zweiten Re­ gelventiles im Verhältnis zur Zunahme der Verstellung zu; wenn die Verstellung den fest gesetzten Wert übersteigt, wird der Öffnungsgrad des ersten Regelventiles konstant gehalten, um den Hauptkreislaufdurchfluß konstant zu halten; und wenn die Verstellung geringer ist als der festgesetzte Wert, nimmt der Öffnungsgrad des ersten Regelventiles im Verhältnis zu der Abnahme der Verstellung ab.

Die Funktionen des Steuerapparates werden nun im Detail er­ klärt. Im Winter ist die Temperatur des in den Wärmeaustau­ scher eintretenden Einlaufwassers manchmal zu niedrig und die vorher bestimmte Temperatur ist oft zu hoch. In solch einem außerordentlichen Fall würde ein früherer Steuerapparat keine ausreichende Menge an Heißwasser bereitstellen, selbst wenn die Brennerleistung bei einem Maximalwert festgesetzt wäre. Andererseits läßt diese Erfindung die Signal­ ausgabevorrichtung den Öffnungsgrad des ersten Regelventiles reduzieren, an welchem die Wassertemperatur am Auslaß des Wärmeaustauschers auf einer Temperatur gehalten wird, die um einen gewissen Wert höher ist, als die des Einlaufwassers. Diese Erfindung nämlich kann die Temperatur des ausströmenden Wassers durch Erniedrigen des Öffnungsgrades des ersten Ven­ tiles, welches den Durchfluß des Hauptwärmekreislaufes steu­ ert, ungeachtet des kalten Einlaufwassers auf einer bestimm­ ten Temperatur halten.

Anderenfalls, wenn die Temperatur des Einlaufwassers warm ge­ nug ist und die Wirkungsleistung des Wärmeaustauschers eine Überschußleistung besitzt, wird der Durchfluß des Hauptwär­ mekreislaufes konstant gehalten ähnlich dem vorher benannten Steuerapparat. Weiterhin erlaubt dieser Steuerapparat, daß eine Heißwasserversorgung das Auftreten des Kaltwasser- Schichtphänomens vermeidet, wenn das Auslaufventil nach einer Pause wieder geöffnet wird, da die Temperatur des aus­ strömenden Heißwassers auf einem vorher festgesetzten Wert gehalten wird ungeachtet des zu kühlen Einlaufwassers und der zu hohen vorbestimmten Temperatur im Winter und da der Durch­ fluß des Hauptkreislaufes immer bei einer angemessenen Menge gehalten wird.

Diese Erfindung wird weitergehend erklärt unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, die Ausführungsformen dieser Erfindung offenbaren.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Grundstruktur eines erfindungsgemäßen Steuerapparates für eine Heißwasserversorgung.

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht einer Ausfüh­ rungsform dieser Erfindung.

Fig. 3 ist eine Schnittansicht einer einheitlichen Struktur eines ersten Regelventiles und eines zweiten Regelventiles.

Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht des ersten Re­ gelventiles.

Fig. 5 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen einem Drehwinkel einer Ventilwelle und den Durchflüssen eines Hauptkreislaufes und eines Überstromkanal­ kreislaufes zeigt, wenn das erste Regelventil und das zweite Regelventil simultan eingestellt sind.

Fig. 6 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Drehwinkel der Ventilwelle (Schraubenschaft) und dem Durchflußverhältnis des Überstromkanal­ kreislaufes zum Hauptkreislauf zeigt.

Fig. 7 ist ein Blockdiagramm eines Gasmengenverhält­ nisreglers.

Fig. 8 ist ein Blockdiagramm einer Signalausgabevor­ richtung.

Fig. 9 ist eine Schnittansicht eines weiteren Beispiels eines ersten Regelventiles.

Fig. 10 ist eine Schnittansicht von Fig. 9 entlang der Linie X-X.

Eine Grundstruktur eines Steuerapparates ist in Fig. 1 ge­ zeigt. Ein Hauptwärmekreislauf (1) und ein Überstromkanal­ kreislauf (2) sind Rohre zum Wasser leiten. Das Wasser wird an der Ableitung in den Haupt- und Überstromkanalkreislauf geteilt. Das Teilungsverhältnis des Hauptkreisflusses wird von einem Durchflußverhältniseinsteller (3) bestimmt. Ein Wasserventil (4) ist an einem oberen Wasserlauf der Ableitung installiert. Der Hauptwärmekreislauf (1) ist mit einem Wärme­ austauscher (10) ausgestattet, welcher von einem Gasbrenner (B) geheizt wird. Die Verbrennungsleistung des Gasbrenners wird mittels eines Gasmengenverhältnisventiles (G) verändert. Ein erstes Regelventil (31) ist im Hauptwärmekreislauf (1) installiert. Ein zweites Regelventil (32) ist in dem Über­ stromkanalkreislauf (2) installiert. Der Durch­ flußverhältniseinsteller (3) beinhaltet eine Signalausgabe­ vorrichtung (30) und eine Antriebseinrichtung (M) zum Ver­ ändern der Öffnungsgrade des ersten Regelventils (31) und des zweiten Regelventils (32). Ein Gasmengenverhältnisregler (C) steuert die Brennerleistung über ein Gasmengenver­ hältnisventil (G) durch Vergleichen der Temperatur des Heiß­ wassers am Unterlauf einer Einleitung des Haupt- und Über­ stromkanalkreislaufes mit einer vorbestimmten Temperatur.

Um die vorgenannten Ziele zu erreichen und in Übereinstimmung mit dem Erfindungsziel werden die Ausführungsformen hierin grob beschrieben.

Fig. 2 offenbart eine Ausführungsform dieser Erfindung. Ein Wassereinlaufkreislauf (40) wird an einer Ableitung in einen Hauptwärmekreislauf (1), beinhaltend einen Wärmeaustauscher (10) und einen Überstromkanalkreislauf (2) ohne einen Wärme­ austauscher aufgeteilt. Ein Durchflußverhältniseinsteller (3), installiert an der Ableitung der Kreisläufe, verteilt das Einlaufwasser auf den Hauptwärmekreislauf (1) und den Überstromkanalkreislauf (2). Ein Einlauf­ wassertemperaturfühler (T₀) ist an dem Wassereinlaufkreislauf (40) eingerichtet, um die Temperatur des Einlaufwassers zu messen. Ein Auslaufwassertemperaturfühler (T₂) ist an einem Unterlauf einer Einleitung der Haupt- und Über­ stromkanalkreisläufe angeordnet, um die Temperatur des von der Versorgung aufbereiteten Heißwassers zu überwachen. Die Verbrennungsleistung des Gasbrenners (B), der den Wärmeaus­ tauscher (10) heizt, wird mittels eines Gasmengenverhält­ nisventils (G) reguliert. In der Ausführungsform wird ein Rückkoppelungstyp des Gasmengenverhältnisreglers, wie in Fig. 7 gezeigt, verwendet. Eine Temperatureingabevorrichtung setzt eine gewünschte Temperatur des Auslaufheißwassers nach Willkür eines Verwenders fest. Durch Vergleichen der aktuel­ len Auslaufwassertemperatur, überwacht von dem Auslaufwas­ sertemperaturfühler (T₂), mit der vorbestimmten Temperatur in der Temperatureingabevorrichtung (S) berechnet der Gasmengen­ verhältnisregler (C) einen optimalen Öffnungsgrad des Gasmen­ genverhältnisventiles (G) und gibt dem Gasmengenverhältnis­ ventil (G) ein Signal entsprechend dem berechneten Öffnungs­ rad. Eine detaillierte Beschreibung der Beziehung zwischen dem Gasmengenverhältnisventil und der Brennerleistung wird übergangen, da sie dem Kundigen bekannt ist.

Der wichtigste Teil des Ausführungsbeispieles ist der Durchflußverhältniseinsteller (3). Der Durchflußmengenein­ steller (3) umfaßt eine Antriebseinrichtung (M) und eine Si­ gnalausgabevorrichtung (30). Die Antriebseinrichtung (M) treibt gleichzeitig ein erstes Regelventil (31), welches den Öffnungsgrad eines Einlasses (11) des Hauptwärmekreislaufes (1) festsetzt und ein zweites Regelventil (32), das den Öff­ nungsgrad eines Einlasses (21) des Überstromkanalkreislaufes (2) bestimmt. Die Signalausgabevorrichtung (30) versorgt die Antriebseinrichtung (M) mit einem Antriebssignal durch Einbe­ ziehen der Einlaufwassertemperatur des Fühlers (T₀), der Aus­ laufwassertemperatur des Fühlers (T₂) und der vorbestimmten Temperatur der Temperatureingabevorrichtung (S). Ein inte­ griertes Ventil (V) enthält das erste Regelventil (31), das zweite Regelventil (32) und ein Wasserventil (4). Das Wasser­ ventil (4) besitzt einen ersten Hohlraum (43a), einen zweiten Hohlraum (43b), eine Membran (42), die die Hohlräume (43a) und (43b) trennt, eine Feder (44), die die Membran in Rich­ tung des zweiten Hohlraums (43b) drückt, ein Ventilelement (46), welches an der Membran (42) angeordnet ist und eine ko­ nische Feder (45) zum Auflagern des Ventilelements (46). Der erste Hohlraum (43a) steht mit dem Überstromkanalkreislauf (2) über einen Durchgang (43) in Verbindung. Der zweite Hohl­ raum (43b) steht sowohl mit einem Einlaß (41) des integrier­ ten Ventils (V), der dem Wassereinlaufkreislauf (40) nach­ folgt und einem zylindrischen Ventilraum (33), der zu dem Haupt- und Überstromkreisläufen (1) und (2) führt, in Verbin­ dung. Der Ventilraum (33) enthält das erste und zweite Regel­ ventil (31) und (32). Da die Federkraft der Federn mit der Druckdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Hohlraum (43a) und (43b) im Gleichgewicht ist, wird die Druckdifferenz zwi­ schen dem Wassereinlaufkreislauf (40) und dem Überstromkanal­ kreislauf (2) von dem Wasserventil (4) als konstanter Wert gehalten. So lange die hydraulische Stauwirkung von dem zwei­ ten Hohlraum (43b) zu der Einleitung (N) konstant ist, wird der Heißwasserdurchfluß konstant beibehalten, ungeachtet der Fluktuation des Ausgangsdruckes des Einlaufkreislaufes (40).

Wie in Fig. 3 gezeigt, werden das erste Regelventil (31) und das zweite Regelventil (32) von einer Ventilwelle (34), wel­ che sich in dem zylindrischen Ventilraum (33) in Längsrich­ tung bewegen kann, gemeinsam angetrieben. Die Ventilwelle (34) besitzt einen Schraubenteil (35) an einem Ende, welcher in eine Mutterschraube, gebildet an einer Innenfläche eines Loches (39) des Ventiles (V) eingreift. Die Antriebseinrich­ tung (M), die an einem Flansch (38) um das Loch (39) befe­ stigt ist, besitzt eine Kraftabgabewelle (37), welche an den Schraubenteil (35) der Ventilwelle (34) gekoppelt ist. Nur eine Drehung kann von der Antriebseinheit auf die Ventilwelle (34) übertragen werden, jedoch wird keine axiale Verschiebung gegeneinander übertragen, da die Ventilwelle (34) an der Kraftabgabewelle (37) nicht befestigt ist. Wenn die Ventil­ welle (34) von der Antriebseinrichtung (M) gedreht wird, be­ wegt sich die Ventilwelle (34) ebenso in der axialen, längli­ chen Richtung durch die Schraubenkupplung, obwohl die Kraft­ abgabewelle (37) der Antriebseinheit (N) nicht in Längsrich­ tung verschoben wird. Die Ventilwelle (34) nämlich dreht und rückt vor oder zurück zur selben Zeit. Das erste Regelventil (31) ist im wesentlichen ein Ventilelement, das an der Ven­ tilwelle (34) befestigt ist. Das erste Regelventil (31) be­ wegt und dreht sich in dem zylindrischen Ventilraum (33) in Nähe des Einlasses (11) des Hauptwärmekreislaufes (1). Die Drehung und Verschiebung des ersten Regelventils (31) ändert den Öffnungsgrad des Hauptwärmekreislaufes (1). Manches Mal ist der Einlaß (11) vollständig abgedrosselt. Ein anderes Mal ist der Einlaß (11) offen. Der Öffnungsgrad kann kontinu­ ierlich mit dem ersten Regelventil (31) kontrolliert werden.

Das zweite Regelventil (32) ist ein konisches Ventilelement, das verschiebbar der Ventilwelle (34) aufgepaßt ist. Das zweite Regelventil (32) dreht und verschiebt sich ebenso mit der Ventilwelle (34), wenn es von einem Ventilsitz getrennt wird.

Das erste Regelventil (31) besitzt, wie in Fig. 4 gezeigt, eine zylindrische Mantelfläche, eine äußere ringförmige Grundfläche und eine innere Schrägfläche, welche in Axial­ richtung geneigt ist. Die Weite der Drehung der Kraftabga­ bewelle (37) (das ist die Ventilwelle (34)) der Antriebs­ einrichtung (M) ist innerhalb von 270° beschränkt. Die innere Schrägfläche und die zylindrische Mantelfläche ändern den Öffnungsgrad des Hauptwärmekreislaufes (1) entsprechend der Drehung der Ventile (34) durch Änderung der von der zy­ lindrischen Mantelfläche des ersten Regelventils (31) ein­ geschlossenen Fläche. Wenn der Drehwinkel der Ventilwelle (34) von 0° bis 90° zunimmt, nimmt der Öffnungsgrad des Einl­ asses (11) zum Hauptkreislauf (1) von einem definierten An­ fangswert zu einem anderen definierten Wert proportional zu, wie anhand Fig. 5 gezeigt. Wenn der Drehwinkel der Ventilwelle (34) zwischen 90° und 270° sich ändert, wird der Öffnungsgrad des Einlasses (11) als konstanter Wert gehalten. Die gestri­ chelte Linie 1 stellt den Öffnungsgrad des ersten Regelven­ tils (31) dar. Wenn das Auslaufventil (J), das in dem Auslaß­ kreislauf installiert ist, vollständig geöffnet ist, ändert sich deshalb der Durchfluß des Hauptkreislaufes (1) wie die gestrichelte Linie 1, gemäß der Drehung der Ventilwelle (34).

Auf der anderen Seite besitzt das zweite Regelventil (32), wie in Fig. 3 gezeigt, eine konische Mantelfläche, welche dicht in einen Ventilsitz, der in dem Ventilraum (33) aus­ gebildet ist, einpassen kann. Der Überstromkanalkreislauf (2) liegt in einem Unterlauf des Ventilsitzes. Der Durchfluß des Überstromkanalkreislaufes kann durch die Bewegung des zweiten Regelventiles (32) geändert werden. Das zweite Regelventil (32) ist nicht an der Ventilwelle (34) befestigt, sondern verschiebbar zusammengesetzt. Der Ventilsitz gibt den Einlaß (21) des Überstromkanalkreislaufes (2) vor. Der Gesamthub der Schiebevorrichtung des zweiten Regelventils (32) ist auf ein Drittel der Gesamtverschiebung der Ventilwelle (34) ausge­ legt. Das zweite Regelventil (32) wird federnd in Richtung des Einlasses (21) von einer Feder (36) gedrückt, deren an­ deres Ende von dem ersten Regelventil (31) gehaltert wird. Die Stirn des zweiten Regelventils (32) ist konisch. Ein scheibenförmiger Flansch folgt der konischen Stirn. Der Durchmesser des Flansches ist größer als der Innendurchmesser des Ventilsitzes vor dem Einlaß (21). Wenn der Drehwinkel der Ventilwelle (34) 0° ist, wird die Feder (36) um ein Drittel des Gesamthubes der Ventilwelle (34) durch den zwischen dem Ventilsitz und dem zweiten Regelventil (32) wirkenden Druck verkürzt. Wenn der Drehwinkel der Ventilwelle (34) sich von 0° bis 90° ändert, schließt das zweite Regelventil (32) den Überstromkanalkreislauf (2) dicht. Wenn der Drehwinkel der Ventilwelle (34) von 90° auf 270° zunimmt, trennt sich das zweite Regelventil (32) allmählich von dem Ventilsitz und der Öffnungsgrad des Überstromkanalkreislaufes (2) wird im Ver­ hältnis zu dem von 90° abweichenden Drehwinkel vergrößert. Der Öffnungsgrad des zweiten Regelventiles (32) wird durch die zweifach gestrichelte Linie 2 in Fig. 5 dargestellt. Demzufolge ändert sich der Durchfluß des Überstromkanalkreis­ laufes (2) ähnlich der doppelt gestrichelten Linie 2, wenn das Auslaufventil (J) des Auslaßkreislaufes völlig geöffnet ist.

Das erste Regelventil (31) und das zweite Regelventil (32) weisen die Öffnungsgrade der gestrichelten Linie 1 und der doppelt gestrichelten Linie 2 dem Hauptwärmekreislauf (1) und dem Überstromkanalkreislauf (2) in Antwort auf die Änderung des Drehwinkels der von der Antriebseinrichtung (M) verstell­ ten Ventilwelle (34) zu. Wenn das Auslaßauslaufventil (J) vollständig geöffnet ist, ist der Durchfluß jedes Kreislaufes im Verhältnis mit dem Öffnungsgrad dessen. Demzufolge ändert sich der Gesamtfluß des Heißwassers, wie durch die durchgezo­ gene Linie 3 dargestellt, gemäß der Drehung der Ventilwelle (34). Die durchgezogene Linie 3 ist eine Summe der gestri­ chelten Linie 1 und der doppelt gestrichelten Linie 2. Die langsamere Zunahme des Gesamtflusses zwischen 0° und 90° des Drehwinkels resultiert aus einer ähnlichen Zunahme des Hauptdurchflusses. Die schnellere Zunahme des Gesamtflusses zwischen 90° und 270° wird im Gegensatz dazu durch die rapide Zunahme des Überstromkanaldurchflusses verursacht. Das Durch­ flußverhältnis des Überstromkanalkreislaufes (2) zum Haupt­ warmekreislauf (1), das ist das Überstromkanaldurchflußver­ hältnis, ändert sich wie die durchgezogene Linie 3 in Fig. 5, ungeachtet des Öffnungsgrades des Auslaßauslaufventiles (J). Daß die Stabilität des Überstromkanaldurchflußverhältnisses ungeachtet des Zustandes des Auslaufventiles (J) ist, wird von der Tatsache verursacht, daß das Wasserventil (4) die Differenz der Drucke zwischen dem Wassereinlaufkreislauf (40) und der Einleitung (N) ungeachtet der Fluktuation des Drucks des Wassereinlaufkreislaufes (40) beibehält. Demzufolge wird das Verhältnis des Überstromkreislaufes (2) zum Hauptwärmekreislauf (1) ausschließlich von der Antriebsein­ richtung (M) bestimmt, welche gleichzeitig das erste Regel­ ventil (31) und das zweite Regelventil (32) bewegt.

Danach wird nun die Signalausgabevorrichtung (30) erklärt. Wie in Fig. 8 dargestellt, weist die Signalausgabevorrichtung (30) einen ersten Rechner (30a), einen zweiten Rechner (30b) und einen Drehwinkelbestimmer (30C) auf. Von dem Ein­ laufwassertemperaturfühler (T₀) die Einlaufwassertemperatur (T₀₁) und von der Temperatureingabevorrichtung (S) die vor­ bestimmte Temperatur (S₁) erhaltend, addiert der erste Rech­ nung (30a) 50°C zu der Einlaufwassertemperatur (T₀₁) und zieht die vorbestimmte Temperatur (S₁) von der Summe (50°C + T₀₁) ab. Der erste Rechner (30a) erhalt demzufolge (T₀₁ + 50°C - S₁). Der zweite Rechner (30b) zieht die Einlaufwas­ sertemperatur (T₀₁) von der vorbestimmten Temperatur (S₁) ab und erhält die Differenz (S₁ - T₀₁). Von dem ersten und zwei­ ten Rechner (T₀₁ + 50°C - S₁) und (S₁ - T₀₁) erhaltend, be­ rechnet der Drehwinkelbestimmer (30c) einen erwünschten Dreh­ winkel der Ventilwelle (34). Das Ausgangssignal des Bestim­ mers (30c) wird an die Antriebseinrichtung (N) übermittelt, welche die Ventilwelle (34) dreht.

Der Öffnungsgrad des Gasmengenverhältnisses (G) wird einge­ stellt, um die Auslaufßwassertemperatur mit der vorbestimmten Temperatur (S₁) der Temperatureingabevorrichtung (S) ab­ zugleichen. Wenn der Wasserdurchfluß die vorbestimmte Temperatur, die Einlaufwassertemperatur und der thermische Wirkungsgrad des Wärmeaustauschers bestimmt worden sind, ist die Verbrennungsleistung des Gasbrenners (B) konstant, un­ geachtet des Durchflußverhältnisses zwischen dem Hauptwär­ mekreislauf (1) und dem Überstromkanalkreislauf (2), so lange die Gasart dieselbe ist. Deshalb erlaubt eine Schwel­ lensenkung des Öffnungsgrades des Gasmengenverhältnisventils (G), daß das Wasser exakt bis zu der vorbestimmten Temperatur aufgeheizt wird. Eine Rückkoppelungsregelung mit dem Gasmen­ genverhältnisregler (C) wird verwendet, um die Wassertempera­ tur mit der vorbestimmten Temperatur exakt abzugleichen.

Die Signalausgabevorrichtung (30) bestimmt, daß die bevor­ zugte Temperatur des Wassers an dem Auslaß des Wärmeaustau­ schers (10) eine Temperatur um 50°C höher als die Einlauf­ wassertemperatur (T₀₁) ist und berechnet den erwünschten Drehwinkel der Ventilwelle (34), um die Auslaufwasser­ temperatur auf einem vorbestimmten Wert zu halten. Wenn die gewünschte Temperatur (S₁) einmal festgelegt ist, ist der Wasssereinlauf konstant und die Temperatur des Auslasses des Wärmeaustausches (10) ist 50°C höher als die Einlauf­ wassertemperatur (T₀₁), das Verhältnis des Hauptwärmekreis­ laufs (1) zum Überstromkanalkreislauf (2) wird dem Verhältnis (S₁ - T₀₁) zu (T₀₁ + 50°C - S₁) gleich sein. Bei diesem Aus­ führungsbeispiel ist das Verhältnis des Ausganges des zweiten Rechners (30b) zu dem des ersten Rechners (30a) gleich dem vorher genannten Verhältnis. Demzufolge erfüllt das Über­ stromkanalverhältnis, das von dem Drehwinkelbestimmer (30c) gegeben wird, die obigen Anforderungen. Bei dem geeignet festgesetzten Überstromkanalverhältnis steuert ein Zusammen­ bau des Gasmengenverhältnisreglers (C) und des Gas­ mengenverhältnisventils (G) die Verbrennungsleistung des Brenners durch Rückkoppelungsverfahren.

Eine adäquate Steuerung des Durchflusses des Hauptwärmekreis­ laufes (1) ermöglicht es, daß der Wärmeaustauscher (10) ein Überhitzen oder Unterhitzen des Wassers des Hauptwärme­ kreislaufes (1) vermeidet, da der Hauptdurchfluß beibehalten wird, um die Auslaufwassertemperatur bei (T₀₁ + 50°C) bei diesem Ausführungsbeispiel zu halten.

Das Wasserventil (4) hält insbesondere die konstante Druck­ differenz zwischen der Einleitung (N), die in Verbindung mit dem ersten Hohlraum (43a) steht und dem Ventilraum (33), der in Verbindung mit dem zweiten Hohlraum (43b) steht. Der Öff­ nungsgrad des Einlasses (11) wird entlang der gestrichelten Linie 1 in Fig. 5 gemäß der Drehung des ersten Regelventils (31) variiert. Eine Verringerung des Durchflusses des Hauptwärmekreislaufes (1) kann vermieden werden, selbst wenn das Überstromkanalverhältnis erhöht wird. Andererseits kann der Hauptdurchfluß als konstant werden, wenn das Überstromka­ nalverhältnis verringert wird. Selbst in dem Fall eines zu kühlen Einlaufwassers und einer zu hohen vorbestimmten Tem­ peratur kann Heißwasser einer vorbestimmten Temperatur er­ halten werden dadurch, daß der Durchfluß des Hauptwärme­ kreislaufes (1) auf ein gewisses reduziertes Maß und der Überstromkanaldurchfluß auf Null gesteuert wird. Eine der­ artige Steuerung kann leicht durch Festsetzen des Drehwinkels zwischen 0°bis 90° realisiert werden, wie in Fig. 5 darge­ stellt. Demzufolge kann diese Erfindung das Auftreten des Kaltwasser-Schichtphänomens unterdrücken, selbst in solch schwierigem Fall.

Eine andere Form des ersten Steuerventils ist ebenso er­ hältlich, da die Anforderung, die dem ersten Steuerventil (31) auferlegt ist, ein Variieren des Durchflusses des Haupt­ wärmekreislaufes (1) gemäß der gestrichelten Linie in Fig. 5 ist. Fig. 9 und Fig. 10 offenbart ein weiteres Beispiel eines ersten Regelventiles (31). Das Ventilelement ist ein einfa­ cher säulenartiger Körper, welcher in axialer Richtung von der Ventilwelle (34) verschoben werden kann. Die Wand des Einlasses (11), die mit dem Hauptwärmekreislauf (1) in Ver­ bindung steht, besitzt jedoch zwei spezielle Löcher. Ein rückseitiges Loch (11a) ist ein Halbkreis. Ein vorderseitiges Loch (11b) ist ein kleiner Kreis. Wenn der Drehwinkel 270° beträgt, weicht das erste Regelventil (31) in den rückwärti­ gen Hohlraum zurück und die zwei Löcher sind vollständig freigegeben. Wenn sich der Drehwinkel verringert, rückt das erste Regelventil (31) in Richtung der Antriebseinrichtung (M) vor. Das erste Regelventil (31) deckt das rückwärtige Halbkreisloch (11a) bei einem Drehwinkel von 0° vollständig ab. Zwischen dem Drehwinkel von 90° und 0° deckt das Ventil das Halbkreisloch (11a) allmählich ab. Beide Löcher (11a) und (11b) werden zwischen 90° und 270° des Drehwinkels vollstän­ dig freigegeben. Das Loch (11b) ist immer geöffnet. Deshalb ändert sich der Durchfluß des Hauptwärmekreislaufes gemäß der gestrichelten Linie in Fig. 5. Die Größen und Formen der Lö­ cher (11a) und (11b) werden bestimmt, um den Hauptwärmekreis­ lauffluß mit dem Maximalwert der gestrichelten Linie 1 aus Fig. 5 abzugleichen, wenn das Auslaufventil (J) völlig geöff­ net ist.

Claims (4)

1. Steuerapparat einer Heißwasserversorgung, umfassend:
einen Wärmeaustauscher zum Erwärmen von Einlaufwas­ ser,
einen Brenner zum Heizen des Wärmeaustauschers, einen Hauptwärmekreislauf, beinhaltend den Wärme­ austauscher, in welchem das Einlaufwasser einfließt,
einen Überstromkanalkreislauf ohne den Wärmeaustau­ scher, welcher mit dem Hauptwärmekreislauf an einer Ableitung und einer Einleitung zum Überleiten eines Teiles des Einlaufwassers verbunden ist,
eine Temperatureingabevorrichtung zum Vorbestimmen einer gewünschten Temperatur des ausfließenden Was­ sers zur Anwenderanordnung,
einen Verhältnisregler zum Halten der Temperatur des auslaufenden Wassers auf einer vorbestimmten Tempera­ tur, festgelegt durch die Temperatureingabe­ vorrichtung, durch Regulieren der Brennerleistung in Ruckantwort auf die Änderung des auslaufenden Was­ serflusses, und
einen Durchflußverhältniseinsteller, der an der Ab­ leitung installiert ist, zum Ändern des Verhältnisses des Überstromkanalflusses zum Hauptwärmekreis­ laufdurchfluß, um die Wassertemperatur an einem Aus­ laß des Wärmeaustauschers auf einer vorbestimmten Temperatur zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußverhältni­ seinsteller (3) an der Ableitung gleichzeitig zwei Öffnungsgrade eines ersten Regelventiles (31), das in Verbindung mit dem Hauptwärmekreislauf (1) steht und eines zweiten Regelventiles (32), das in Verbindung mit dem Überstromkanalkreislauf (2) steht, mittels einer Antriebseinrichtung (M) ändert, daß ein Wasser­ ventil (4) in einem oberen Wasserlauf des Durchfluß­ verhältniseinstellers (3) installiert ist zum Auf­ rechthalten einer Druckdifferenz zwischen dem oberen Wasserlauf des Durchflußverhältniseinstellers (3) und einem Unterlauf des Wärmeaustauschers (10) auf einem konstanten Wert, daß eine Signalausgabevorrichtung (30) eingerichtet ist zum Berechnen des erwünschten Verhältnisses des Öffnungsgrades des ersten Regelven­ tiles (31) zu dem Öffnungsgrad des zweiten Regelven­ tiles (32) zum Halten der Temperatur des Auslaufwas­ sers auf einer vorbestimmten Temperatur, die um eine gewisse Differenz höher ist als die Temperatur des Einlaufwassers und zum Übergeben des berechneten Ver­ hältnisses an die Antriebseinrichtung (M) zum Maßge­ ben der Öffnungsgrade des ersten Regelventiles (31) und des zweiten Regelventiles (32), daß die Verstel­ lung der Antriebseinrichtung (M) die Öffnungsgrade der zwei Ventile (31) und (32) gleichzeitig bestimmt, wobei eine Vergrößerung der Verstellung eine all­ mähliche Zunahme des Öffnungsgrades des zweiten Re­ gelventiles (32) erzeugt, der Öffnungsgrad des ersten Regelventiles (31) jedoch einen gewissen Grad beibe­ hält, bis die Verstellung der Antriebseinrichtung einen vorbestimmten Wert erreicht, und dann der Öff­ nungsgrad des ersten Regelventiles (31) allmählich gemäß der Zunahme der Verstellung zunimmt.

2. Steuerapparat einer Heißwasserversorgung, umfassend:
einen Wärmeaustauscher zum Erwärmen von Einlaufwas­ ser,
einen Brenner zum Heizen des Wärmeaustauschers, einen Hauptwärmekreislauf, beinhaltend den Wärme­ austauscher, in welchem das Einlaufwasser einfließt,
einen Überstromkanalkreislauf ohne den Wärmeaustau­ scher, welcher mit dem Hauptwärmekreislauf an einer Ableitung und einer Einleitung zum Überleiten eines Teiles des Einlaufwassers verbunden ist,
eine Temperatureingabevorrichtung zum Vorbestimmen einer gewünschten Temperatur des ausfließenden Was­ sers zur Anwenderanordnung,
einen Verhältnisregler zum Halten der Temperatur des auslaufenden Wassers auf einer vorbestimmten Tempera­ tur, festgelegt durch die Temperatureingabe­ vorrichtung, durch Regeln der Brennerleistung in Rückantwort auf die Änderung des auslaufenden Was­ serflusses, und
einen Durchflußverhältniseinsteller, der an der Ab­ leitung installiert ist, zum Ändern des Verhältnisses des Überstromkanalflusses zum Hauptwärmekreis­ lauffluß, um die Wassertemperatur an einem Auslaß des Wärmeaustauschers auf einer vorbestimmten Temperatur zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußverhältni­ seinsteller (3) an der Ableitung gleichzeitig zwei Öffnungsgrade eines ersten Regelventiles (31), das in Verbindung mit dem Hauptwärmekreislauf (1) steht und eines zweiten Regelventiles (32), das in Verbindung mit dem Überstromkanalkreislauf (2) steht, mittels einer Antriebseinrichtung (M) ändert, daß ein Wasser­ ventil (4) in einem oberen Wasserlauf des Durchfluß­ verhältniseinstellers (3) installiert ist zum Auf­ rechthalten einer Druckdifferenz zwischen der Ablei­ tung und der Einleitung auf einen konstanten Druck, daß eine Signalausgabevorrichtung (30) eingerichtet ist zum Berechnen des erwünschten Verhältnisses des Öffnungsgrades des ersten Regelventiles (31) zum zweiten Regelventil (32) zum Beibehalten der Tempera­ tur des Auslaufwassers auf einer Temperatur, die um eine gewisse Differenz höher ist als die Temperatur des Einlaufwassers und zum Übergeben des berechneten Verhältnisses an die Antriebseinrichtung (M) zum Maß­ geben der Öffnungsgrade des ersten Regelventiles (31) und des zweiten Regelventiles (32), daß die Verstel­ lung der Antriebseinrichtung (M) die Öffnungsgrade der zwei Ventile (31) und (32) bestimmt; wenn die Verstellung sich im Bereich von Null bis zu einem vorbestimmten Wert ändert, wird das zweite Regelven­ tiles (32) geschlossen; wenn die Verstellung den vorbestimmten Wert überschreitet, nimmt der Öffnungs­ grad des zweiten Regelventiles (32) im Verhältnis zu der Zunahme der Verstellung zu; wenn die Verstellung den vorbestimmten Wert überschreitet, wird der Öff­ nungsgrad des ersten Regelventiles (31) als konstant gehalten, um einen konstanten Hauptkreislauffluß bei­ zubehalten; und wenn die Verstellung geringer ist als der vorbestimmte Wert, und nimmt der Öffnungsgrad (31) im Verhältnis der Abnahme der Verschiebung ab.

3. Steuerapparat einer Heißwasserversorgung nach An­ spruch 2, worin die Verstellung der Antriebsein­ richtung (M) ein Drehwinkel einer Ventilwelle ist, angetrieben von der Antriebseinrichtung (M) in Rückantwort auf ein Ausgangssignal übermittelt von der Signalausgabevorrichtung (30), wobei der Umfang der Drehung innerhalb eines Bereiches von 0° bis 270° begrenzt ist und der vorbestimmte Wert, an welchem das Verhältnis zwischen den Öffnungsgraden und dem Drehwinkel sich ändert, 90° ist.

4. Steuerapparat einer Heißwasserversorgung nach An­ spruch 3, worin das erste Regelventil (31) und das zweite Regelventil (32) zusammen in Axialrichtung durch die Drehung der Ventilwelle der Antriebsein­ richtung (M) bewegt werden, wobei das zweite Regel­ ventil (32) federnd in Richtung einer Ver­ schließrichtung gedrückt wird und den Überstromka­ nalkreislauf (2) in einem Bereich zwischen 0° und 90° durch die Federkraft schließt und das zweite Regel­ ventil (32) in Richtung einer Öffnungsrichtung im Verhältnis zu der Zunahme des Drehwinkels bewegt wird, wenn der Drehwinkel 90° überschreitet.