GASVENTIL MIT INTEGRIERTEM LUFTDRUCKWÄCHTER

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Gasventil mit einen Ventilsitz und einen Ventilkörper, dessen Öffnungsstellung ausschließlich pneumatisch durch einen Unterdruck einer auf das Gasventil wirkenden Verbrennungsluft gesteuert ist, und einem ersten pneumatischen Druckregler, der mit dem Ventilkörper mit einem ersten Steuerdruck in pneumatischer Wirkverbindung steht, und einem zweiten pneumatischen Druckregler, der mit dem Ventilkörper mit einem zweiten Steuerdruck in pneumatischer Wirkverbindung steht, wobei der zweite Steuerdruck geringer ist als der erste Steuerdruck.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Gasventil für den Einsatz in Verbindung mit einem Gasbrenner, das einen Ventilsitz und einen Ventilkörper aufirveist, dessen Öffnungsstellung ausschließlich pneumatisch durch einen Unterdruck einer auf das Gasventil wirkenden Verbrennungsluft gesteuert ist. In dem Gasventil ist ein erster pneumatischer Druckregler vorgesehen, der mit dem Ventilkörper mit einem ersten Steuerdruck in pneumatischer Wirkverbindung steht und zur Regulierung der Zusammensetzung eines dem Brenner zugeführten Gas-Luft-Gemisches dient.

[0002] Eine deratige Regulierung der Zusammensetzung des dem Brenner zugeführten Gas-Luft-Gemisches wird in Abhängigkeit eines Saugdrucks der Verbrennungsluft (Unterdruck) der Ausgangsdruck des Gases beeinflusst. Dies erfolgt dadurch, dass in Abhängigkeit des Saugdrucks das Gasventil weiter geöffnet oder geschlossen wird. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, hierfür sog. Servodruckregler zu verwenden, bei denen die Öffnungsstellung des Ventilkörpers durch die auf das Gasventil einwirkenden pneumatischen Kräfte bestimmt wird. Die Schließkraft des Ventilkörpers wird über eine Feder festgelegt. Die Öffnungskraft wird über einen auf eine Membran, die mit dem Ventilkörper verbunden ist, wirkenden Druck (Gasdruck und Saugdruck) bestimmt. Dabei ist auch bekannt, den Servo-Druckregler mit einem negativen Steuerdruck von ca. -20 bis +20 Paals Nullpunkt-Verschiebung (Offset) einzustellen, so dass das Gas-Luftverhältnis exakt regulierbar und eine optimale Luftzahlkennlinie bei der Verbrennung generierbar ist.

[0003] Hierbei ist jedoch problematisch, dass sich der eingestellte Offset-Wert über die Lebensdauer des Gasventils verändert und eine Sicherheitsabschaltung im Falle einer Abgasrohrverstopfung, eines Kondensatstaus oder einer Zuluftrohrverstopfung nicht mehr sicher funktioniert. Im Stand der Technik wird als Überwachungsmittel vorgesehen, dass eine Differenzdruckmessung an der Blende oder an dem Venturi des mit dem Gasventil zusammenwirkenden Gebläses vorgesehen wird, die über einen Luftdruckwächter Veränderungen feststellt und bei einem entsprechenden Abfall der Leistung, der Druckdifferenz und des lonisationsstroms sowie einem Anstieg der Luftzahl der Luftdruckwächter oder die Ionisationsüberwachung des Feuerungsautomaten die Gaszufuhr abschaltet. Die Veränderung des Offset-Werts am Druckregler führt dazu, dass als Ausgangswert beim neuwertigen Gerät ein mageres Luft-Gasgemisch eingestellt werden müsste, was jedoch bei geringen Belastungswerten zu Verbrennungsgeräuschen und einer unhygienischen Verbrennung führen kann.

[0004] Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, ein Gasventil bereitzustellen, das selbstständig in eine Schließstellung über geht, sobald der negative Saugdruck der Verbrennungsluft unnatürlich abfällt (Druckanstieg).

[0005] Die Erfindung wird gelöst durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1.

[0006] Das erfindungsgemäße Gasventil wird üblicherweise an eine Venturi-Düse angeschlossen, die in Zusammenwirkung mit einem Gebläse Verbrennungsluft zu einem Brenner fördert, wobei im engsten Querschnitt der Venturi-Düse bekanntermaßen der maximale Unterdruck erzeugt und als Saugdruck an dem Auslass des Gasventils wirkt. Das Zumischen des Verbrennungsgases zur Verbrennungsluft erfolgt dann in der Venturi-Düse. Als Saugdruck werden gebläse- und bauformabhängig Unterdrücke von zum Beispiel -50 (Teillast) bis -1.250 Pa (Volllast) erreicht. Dieser Saugdruck wirkt auf das Gasventil ein und bestimmt zusammen mit dem positiven Gaseingangsdruck die Öffnungsstellung des Ventilkörpers.

[0007] Bei einer Abgasrohrverstopfung steigt der Saugdruck (Unterdruck fällt). Diesen Druckanstieg nutzt die erfindungsgemäße Lösung des Gasventils durch Bereitstellung eines zweiten pneumatischen Druckreglers, der ebenfalls mit dem Ventilkörper in pneumatischer Wirkverbindung steht, wobei jedoch der Steuerdruck des zweiten Druckreglers deutlich geringer ist, als der des aus dem Stand der Technik bekannten und zur Einstellung der Luftzahl verwendeten ersten Druckreglers. Der Steuerdruck (Offset) des zweiten Druckreglers wird so eingestellt bzw. festgelegt, dass sich sein Ventil bei einem Druckanstieg des Saugdrucks öffnet und somit ein auf die Membran des Ventilkörpers wirkender Druck zusammenbricht, wodurch der Ventilkörper über die zugehörige Feder in Schließstellung gebracht wird. Der zweite Druckregler des Gasventils dient somit ausschließlich als Luftdruckwächter.

[0008] In einer günstigen Ausführung ist vorgesehen, dass der erste und zweite Steuerdruck jeweils durch eine Membran-Feder-Kombination der ersten und zweiten Druckregler voreinstellbar sind. Die Membran-Feder-Kombination ermöglicht die ausschließlich pneumatische Steuerung über den Saugdruck der Verbrennungsluft sowie dem Gasdruck, wobei durch eine bestimmte Wahl der Feder und ihrer Vorspannung der Steuerdruck (Offset) einstellbar ist. Der erste Druckregler zur Einstellung der optimalen Luftzahlkennlinie weist eine zweite Feder auf, mittels der der entsprechende Offset-Wert variabel veränderlich einstellbar ist.

[0009] Erfindungsgemäß ist in einer günstigen Ausführung vorgesehen, auch den zweiten Druckregler mit einer entsprechenden zweite Feder auszustatten, um auch hier den Offset-Wert variabel einstellen zu können. In einer kostengünstigeren und vereinfachten Ausführung kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der zweite Druckregler einen festgelegten Steuerdruckwert (Offset-Wert) zugewiesen bekommt, der nicht variabel jedoch geringer als der erste Steuerdruck ist. Dann kann auf eine zweite Feder verzichtet werden.

[0010] Im Normalbetrieb ist das Ventil des zweiten Druckreglers durch den Unterdruck der auf das Gasventil wirkenden Verbrennungsluft in einer Schließstellung gehalten, öffnet jedoch bei einem Abfall des Unterdrucks (Saugdruck) unter einem vorbestimmten Wert. So ist in einer Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass das Gasventil einen Kanal aufweist, der einen Bereich des maximalen Unterdrucks der Verbrennungsluft mit dem zweiten Druckregler pneumatisch verbindet. Als Bereich des maximalen Unterdrucks der Verbrennungsluft wird üblicherweise der Bereich des maximalen Saugdrucks verwendet, d.h. der Bereich des Gasventils, der an dem Venturi angeschlossen ist.

[0011] Das Gasventil weist ferner eine Hauptmengendrossel oder eine Hauptblende zur Steuerung der freizugebenden bzw. der Verbrennungsluft zuzuführenden Gasmenge auf, wobei der Druck in Strömungsrichtung des Gases gesehen vor (p2) bzw. hinter (p1) der Hauptmengendrossel bzw. Hauptblende unterschiedlich ist. In Strömungsrichtung gesehen nach der Hauptmengendrossel wirkt der maximale Unterdruck (Saugdruck p1) der Verbrennungsluft. In Strömungsrichtung gesehen vor der Hauptmengendrossel wirkt neben dem Saugdruck der Verbrennungsluft der von der Gasleitung bereitgestellte Gasdruck, der als Überdruck von ca. 20 mbar aus der Gasleitung bereitgestellt ist. Deshalb ist der Druck (p2) in Strömungsrichtung gesehen vor der Hauptmengendrossel bzw. der Hauptblende höher (geringere Negativwerte). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der zweite Druckregler pneumatisch mit in Gas-Strömungsrichtung gesehen dem Bereich nach der Hauptmengendrossel bzw. der Hauptblende pneumatisch verbunden ist. Beispielsweise kann dies über den oben beschriebenen Kanal erfolgen. Somit ist sichergestellt, dass auf den zweiten Druckregler unmittelbar der Saugdruck der Verbrennungsluft wirkt und ein Abfallen des Unterdrucks aufgrund bspw. einer Abgasrohrverstopfung unmittelbar auf den zweiten Druckregler einwirkt und zum Öffnen dessen Ventils führt, wodurch der Ventilkörper des Gasventils in eine Schließstellung über geht.

[0012] In einer günstigen Ausführung ist ferner vorgesehen, sowohl den ersten als auch den zweiten Druckregler als Modul auszubilden und die Module zusammen in einem Gasventilgehäuse aufzunehmen. Dadurch kann in einer Art Baukastenprinzip gewährleistet werden, verschiedene Bauteile in einem Gehäuse zusammenzufassen. Die Kosten werden dabei reduziert.

[0013] Der erste und zweite Druckregler sind vorzugsweise als Servo-Druckregler ausgebildet und weisen jeweils einen durch eine Membran getrennten oberen und unteren Druckraum auf, wobei aus dem Stand der Technik bereits bekannt ist, den oberen Druckraum des ersten Druckreglers mit einem festgelegten Referenzdruck zu verbinden. Erfindungsgemäß ist in einer vorteilhaften Ausführung vorgesehen, die oberen Druckräume des ersten und zweiten Druckreglers miteinander zu verbinden, um beide oberen Druckräume zusammen mit einem festgelegten Referenzdruck in Verbindung zu bringen.

[0014] In einer vorteilhaften weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ventilkörper mit einem Elastomer ausgebildet ist, so dass das Gasventil als dichtes Sicherheitsventil dient. Dadurch kann gewährleistet werden, dass ein Gas-Leckagewert des Gasventils unter einem vorbestimmten Maximalwert, bspw. unter 40 Milliliter pro Stunde bleibt. Besonders günstig ist hierbei, dass das stets aus Sicherheitsgründen zusätzlich zu dem die Gasmenge steuernden Ventil vorzusehende Hauptgas-Sicherheitsventil nur als einfaches Sicherheitsventil ausgebildet werden muss, das gegenüber doppelt ausgebildeten Sicherheitsventilen wesentlich kostengünstiger ist.

[0015] Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1

eine Schnittansicht eines Gasventils mit doppeltem Sicherheitsventil gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2

das erfindungsgemäße Gasventil in einer ersten Ausführungsform;

Fig. 3

das Gasventil aus Fig. 2 in einer vergrößerten Ansicht;

Fig. 4

eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Gasventils;

Fig. 5

eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Gasventils als Sicherheitsventil, und

Fig. 6

das erfindungsgemäße Gasventil in einer Ausführungsform mit einfach wirkendem Sicherheitsventil.

[0016] Die Figuren sind beispielhaft schematisch, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile in allen Ausführungsvarianten benennen.

[0017] Fig. 1 zeigt die Kombination eines in einem Gasventilgehäuse 118 integrierten Gasventils 100, das einen Ventilköper 103 aufweist, dessen Öffnungsstellung eine Gasflussmenge bestimmt. Über eine Hauptmengendrossel 117 ist die Gasmenge einstellbar. Zur Absicherung gegen Gas-Leckage ist ein doppelt wirkendes Sicherheitsventil 101 vorgeschaltet. Zur Einstellung der Luftzahlkennlinie wird ein Druckregler 4 vorgesehen, dessen Steuerdruck (Offset-Druck) auf einen Wert von -20 bis +20 Pa eingestellt werden kann. Die Mittel zur Überwachung eines möglichen Druckabfalls, die im Stand der Technik üblicherweise durch einen Luftdruckwächter an der Hauptmengendrossel oder dem Venturi vorgesehen sind, sind nicht dargestellt.

[0018] In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Lösung eines Ausführungsbeispiels des Gasventils 1 in einer Schnittansicht dargestellt, wobei das Gasventil 1 einen an einem Gasventilgehäuse 18 ausgebildeten Ventilsitz 2 und einen Ventilkörper 3, dessen Öffnungsstellung pneumatisch über einen Unterdruck der Verbrennungsluft (Saugdruck p1), der maximal in dem Bereich 16 auf das Gasventil 1 einwirkt, und einen ersten pneumatischen Druckregler 4 sowie einen zweiten pneumatischen Druckregler 5 aufweist, die jeweils mit dem Ventilkörper 3 mit einem ersten bzw. zweiten Steuerdruck in pneumatischer Wirkverbindung stehen. Der zweite Steuerdruck des zweiten Druckreglers 5 ist dabei auf einen geringen Wert eingestellt als der erste Druckregler 4, so dass sich eine Einwirkung auf den Ventilkörper 3 ergibt, die in Fig. 3 näher dargestellt ist.

[0019] Die Detailansicht aus Fig. 3 zeigt, dass das Gasventil aus Fig. 2, wobei aus Übersichtlichkeitsgründen das Gasventilgehäuse weggelassen wurde. Der Ventilkörper 3 ist in einer geschlossenen Stellung und liegt auf dem Ventilsitz 2 auf. Das Gas wirkt über den aus der Versorgungsleitung bereitgestellten Druck und durchströmt das Gasventil in Pfeilrichtung G wie auch in Fig. 2 gezeigt. Gleichzeitig wirkt der Gasdruck durch den Ventilkörper 3 hindurch auf eine Membran 12, die den Membranraum 13 in einen oberen Membranraum 14 und einen unteren Membranraum 15 unterteilt. Der in dem oberen Membranraum 16 auf die Membran 12 wirkende Gasdruck wirkt der den Ventilkörper 3 in eine Schließstellung drückenden Federkraft der Feder 12' entgegen. Gleichzeitig wirkt auf die Membran 12 der negative Saugdruck der Verbrennungsluft p2 und zieht den Ventilkörper 3 in eine Öffnungsstellung. Der erste Druckregler 4 weist ein Ventil 10' auf, das über eine Membran-Feder-Kombination 6 eine vorbestimmte Öffnungsstellung aufweist. Im Normalbetrieb wird der erste Druckregler 4 einen ersten Offset-Steuerdruck eingestellt, der ausschließlich zur optimalen Einstellung der Luftzahl dient. Über den Rückkopplungskanal 35 ist eine Strömungsverbindung bereitgestellt, mit der der eingestellte Steuerdruck überprüfbar ist. Über eine zusätzliche Feder 8 kann der Steuerdruck variiert werden. Durch eine Membran 19 wird ein oberer Druckraum 21 und ein unterer Druckraum 23 bestimmt. Der obere Druckraum 21 ist mit Umgebungsdruck oder einem vorbestimmten Referenzdruck verbunden. Die Verbindung kann über einen Stutzen 45 gewährleistet werden, an dem ein entsprechender Schlauch anschließbar ist. Der zweite Druckregler 5 ist im Aufbau identisch zu dem ersten Druckregler 4, wobei der zweite Steuerdruck (Offset-Druck) geringer ist als der des ersten Druckreglers 4. Ein üblicher Wert des zweiten Steuerdrucks liegt beispielsweise bei -30 Pa. Der zweite Steuerdruck wird über die Membran-Feder-Kombination 7 eingestellt und ist über eine zusätzliche zweite Feder 9 variabel verstellbar. Eine Membran 20 trennt eine obere Druckkammer 22 von einer unteren Druckkamer 24. Im Normalbetrieb ist das Ventil 10 aufgrund des geringeren Steuerdrucks stets geschlossen. Im Normalbetrieb wirkt der Saugdruck p1 über den Kanal 15 unmittelbar auf die Membran 20 und hält das Ventil 10 geschlossen. Bei einem Anstieg des Saugdrucks p1 aufgrund bspw. einer Abgasrohrverstopfung reduziert sich der auf die Membran 20 wirkende Unterdruck, so dass das Ventil 10 öffnet. Der in der oberen Membrankammer 14 wirkende Druck des Gases bricht aufgrund der schlagartig ansteigenden Abströmung über den Kanal 15 zusammen, so dass die Feder 12' den Ventilkörper 3 gegen den Ventilsitz 2 drückt. Durch die Verbindung des zweiten Druckreglers 5 und seinem unteren Druckraum 24 unmittelbar mit dem Saugdruck p1 über den Kanal 15 ist eine reaktionsschnelle und sofortige Schließung des Gasventils 1 ermöglicht, so dass der zweite Druckregler als Luftdruckwächter des Saugdrucks fungiert. Sobald das Gasventil 1 geschlossen ist, wird über eine Flammenstromsonde festgestellt, dass die nötige Gaszuführung fehlt und der Brenner über einen die Verbrennung regelnden Feuerungsautomaten abgeschaltet.

[0020] In Fig. 4 ist eine alternative Ausführung zu Fig. 3 dargestellt, wobei alle Merkmale identisch sind, bis auf das, dass der zweite Druckregler 5 ohne zusätzliche zweite Feder 9 ausgeführt ist. Der zweite Druckregler 5 wird einmalig über die Membran-Feder-Kombination 7 auf einen vorbestimmten Wert (beispielsweise -30 Pa) festgelegt, der im Betrieb nicht mehr verändert werden kann. Im Übrigen ist die Funktion identisch zu dem Gasventil 1 aus Fig. 3.

[0021] In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei sämtliche Merkmale denen desjenigen aus Fig. 3 entsprechen. In Abwandlung zu dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 3 weist der Ventilkörper 3 einen Elastomer 25 auf, der in einer Schließstellung des Ventils mit dem Ventilsitz 2 zusammenwirkt. Somit wird das Gasventil 1 zu einem Sicherheitsventil mit begrenzter Gas-Leckage und ermöglicht einen Ersatz eines einfach wirkenden Sicherheitsventils anstelle eines zweifach wirkenden Sicherheitsventils 30 aus Fig. 2. Ein derartiger Gesamtaufbau des Gasventils 1 aus Figur 5 mit einfachem Sicherheitsventil 30' ist in Figur 6 gezeigt.

[0022] Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Beispielsweise kann anstelle einer modularen Ausbildung der Druckregler auch eine Nebeneinanderanordnung herkömmlicher Regler verwendet werden.

Ansprüche

1. Gasventil umfassend:

einen Ventilsitz (2) und einen Ventilkörper (3), dessen Öffnungsstellung ausschließlich pneumatisch durch einen Unterdruck einer auf das Gasventil (1) wirkenden Verbrennungsluft gesteuert ist,

einen ersten pneumatischen Druckregler (4), der mit dem Ventilkörper (3) mit einem ersten Steuerdruck in pneumatischer Wirkverbindung steht, und

einen zweiten pneumatischen Druckregler (5), der mit dem Ventilkörper (3) mit einem zweiten Steuerdruck in pneumatischer Wirkverbindung steht, wobei

der zweite Steuerdruck geringer ist als der erste Steuerdruck.

2. Gasventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Steuerdruck jeweils durch eine Membran-Feder-Kombination (6, 7) des ersten und zweiten Druckreglers (4, 5) voreinstellbar sind.

3. Gasventil nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Steuerdruck jeweils durch eine Membran-Feder-Kombination (6, 7) in Verbindung mit einer jeweils zusätzlichen Feder (8, 9) an dem ersten und zweiten Druckregler (4, 5) variabel einstellbar sind.

4. Gasventil nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Druckregler (4, 5) jeweils pneumatische Servoventile sind.

5. Gasventil nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Druckregler (5) ein Ventil (10) aufweist, das im Normalbetrieb durch den Unterdruck der auf das Gasventil (1) wirkenden Verbrennungsluft in einer Schließstellung gehalten wird und bei einem Abfall des Unterdrucks unter einen vorbestimmten Wert öffnet.

6. Gasventil nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsstellung des Ventilkörpers (3) über eine auf den Ventilkörper (3) wirkende Membran-Feder-Kombination (11) steuerbar ist und die Membran (12) einen Membranraum (13) in einen oberen und einen unteren Membranraum (14, 15) unterteilt, wobei der obere Membranraum (14) in unmittelbarer pneumatischer Wirkverbindung mit dem ersten und zweiten Druckregler (4, 5) steht.

7. Gasventil nach den vorigen Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Öffnungsstellung des Ventils (10) des zweiten Druckreglers (5) eine pneumatische Verbindung zwischen dem oberen Membranraum (14) und der auf das Gasventil (1) mit Unterdruck wirkenden Verbrennungsluft herstellt, die zum Schließen des Ventilkörpers (3) führt.

8. Gasventil nach zumindest einem der vorigen Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Kanal (15) aufweist, der einen Bereich (16) des maximalen Unterdrucks der Verbrennungsluft mit dem zweiten Druckregler (5) pneumatisch verbindet.

9. Gasventil nach zumindest einem der vorigen Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Hauptmengendrossel (17) oder Hauptblende zur Steuerung der Gasmenge und einen Kanal (15) aufweist, der einen Bereich in Gasströmungsrichtung gesehen nach der Hauptmengendrossel (17) oder Hauptblende mit dem zweiten Druckregler (5) pneumatisch verbindet.

10. Gasventil nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Druckregler (4, 5) als Module ausgebildet und in einem Gasventilgehäuse (18) zusammen aufgenommen sind.

11. Gasventil nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Druckregler (4, 5) jeweils einen durch eine Membran (19, 20) getrennten oberen und unteren Druckraum (21, 22, 23, 24) aufweisen und die oberen Druckräume (21, 22) verbunden sind.

12. Gasventil nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper mit einem Elastomer (25) und somit das Gasventil (1) als Sicherheitsventil ausgebildet ist.

Zeichnung