DE3141216A1 - Vorrichtung zur steuerung des abgasstromes in der abgasleitung einer feuerstaette - Google Patents

Description

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Patentanwälte Dipl.-Ing.-H. "Weickmatmn, Dipe:-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. R A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. Liska

8000 MÜNCHEN 86,.DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

Vorrichtung zur Steuerung des Abgasstromes in der Abgasleitung einer Feuerstätte

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung des Abgasstromes in der Abgasleitung einer Feuerstätte, umfassend Mittel zur Bildung eines Durchflußkanales für die Abgase und mindestens ein im Durchflußkanal angeordnetes Steuerorgan zum öffnen oder Schließen des Durchflußquerschnittes des Durchflußkanales.

Belüftete Gasfeuerstätten, bei denen das Abführen der Verbrennungsprodukte durch natürlichen Zug erfolgt, sind mit einer Strömungssicherung versehen, welche die Brennkammer gegenüber einem übermäßigen Aufwärtszug oder Abwärtszug in der Abgasleitung isoliert. Die Leitung zwischen einer Entlastungs- oder Sicherheitsöffnung der Strömungssicherung und der Außenluft ist ständig offen und verursacht somit Wärmeverluste insbesondere bei kaltem oder windigem Wetter.

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Um die Wärmeverluste zu reduzieren, werden automatische Absperrvorrichtungen zwischen der Strömungssicherung und dem Anschluß der Abgasleitung angeordnet. Die Wärmeverluste werden so gering wie möglich gehalten, indem man den Luftstrom in der Abgasleitung auf ein die Sicherheitsanforderungen noch erfüllendes Minimum beschränkt.

Bei.einer Gasfeuerstatte, die sich in Betriebsbereitschaft befindet, entspricht dieses sichere Minimum einem Luftstrom,der ausreicht, um die Abgase der Zündflamme abzuführen, sofern eine solche vorgesehen ist, und um einen gewissen Luftaustausch in der Abgasleitung zu gewährleisten und damit eine übermäßige Kondensation zu verhindern.

Beim Betrieb der Feuerstätte entspricht dem sicheren Minimum ein Luftstrom,der ausreicht, um die Verbrennungsprodukte abzuführen, während gleichzeitig die erwärmte Raumluft unabhängig voi dem veränderlichen Zug in der Abgasleitung zurückgehalten wird. Es wurden bereits thermisch gesteuerte Abgasklappen entwickelt, um diese Absperrung der Abgasleitung zu erreichen. Thermisch gesteuerte Abgasklappen öffnen den Durchflußquerschnitt in Abhängigkeit der vom Hauptbrenner gelieferten Wärme. Das bedeutet, daß Verbrennungsprodukte zu der Absperrklappe aufsteigen, während sie noch geschlossen ist, und zeitweilig durch die Entlastungsöffnung der Strömungssicherung austreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, thermisch gesteuerte Absperreinrichtungen für Abgasleitungen so auszubilden, daß so schnell wie möglich nach dem Zünden des Brenners der Durchtrittsquerschnitt der Abgasleitung mindestens teilweise freigegeben wi::d, um die Verbrennungsprodukte durch die Abgasleitung austreten zu lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Steuerorgan mindestens teilweise aus einem "Formgedächtnis"-Eigenschaften aufweisenden Material besteht, das bei Erwärmung durch die Abgase auf seine Phasenänderungstemperatur seine Gestalt derart ändert, daß das Steuerorgan zwischen einer den Durchflußquerschnitt verschließenden ersten Stellung und einer den Durchflußquerschnitt

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mindestens teilweise freigebenden zweiten Stellung verstellt wird. Solche Formgedächtnis-Materialien sind beispielsweise die unter dem Warenzeichen NITINOL bekannten Titan-Nickel-Legierungen mit einem Anteil von ca. 55% Nickel. Da die Formänderung des Formgedächtnismateriales bei Erreichen der Phasenänderungstemperatur praktisch verzögerungsfrei erfolgt, wird der Durchflußquerschnitt der Abgasleitung bei Erwärmung des Formgedächtnis-Materiales auf seine Phasenänderungstemperatur praktisch schlagartig so weit . · freigegeben, wie dies aufgrund der vorgegebenen·Form des Formgedächtnis-Materials möglich ist.

Das Steuerorgan kann vollständig aus dem Formgedächtnis-Material bestehen oder ein aus dem Formgedächtnis-Material bestehendes erstes Element und ein aus einem anderen Material bestehendes zweites Element umfassen. Um beispielsweise den Einsatz des teuren Formgedächtnis-Materials auf ein Minimum zu beschränken, kann das erste Element als Betätigungselement und das zweite Element als· das eigentliche Absperrelement ausgebildet sein. Dabei bietet sich eine weitere Möglichkeit zur Steuerung des Abgasstromes, wenn' das zweite Element aus einem Thermostat-Material besteht, das seine Gestalt im wesentlichen proportional zur Temperaturänderung verändert, wobei das erste und das zweite Element derart miteinander kombiniert sind, daß eine teilweise Freigabe während der Anfangsphase des Temperaturanstieges nach dem Zünden des Brenners der Feuerstätte sehr rasch erfolgt und darauf das weitere Öffnen des Durchflußquerschnittes im wesentlichen proportional zu dem weiteren Temperaturanstieg erfolgt.

Während des Betriebes der Feuerstätte kann die Menge der Verbrennungsprodukte variieren, wenn beispielsweise die Feuerstätte mit einem mehrstufigen oder modulierenden Gasventil versehen ist. Auch kann der Zug in der Abgasleitung hoch oder niedrig sein abhängig von der Höhe der Abgasleitung und den Wetterbedingungen. Die vorstehend beschriebene Ausführungsform mit einem zweiten Element aus einem Thermostatmaterial gibt die Möglichkeit, den Verlust an Raumluft unabhängig von den o. g. Änderungen des Zuges

und der Menge an Verbrennungsprodukten so gering wie möglich zu halten und einerseits auf alle Fälle eine den Sicherheitsanforderungen entsprechende öffnung des Durchflußquerschnittes zu erreichen, andererseits aber den Durchflußquerschnitt und damit den Abgasstrom kontinuierlich mit der Temperatur der Abgase zu verändern .

Es kann jedoch auch von Vorteil sein, das zweite Element nicht au? einem Thermostat-Material wie beispielsweise einen Bimetall, sondern aus normalem Blech herzustellen. Wenn das Steuerorgan bei Erreichen der normalen Betriebstemperatur der Feuerstätte vollständig geöffnet ist und an einem Anschlag anliegt, besteht bei einem aus einem Bimetall bestehenden zweiten Element die Gefahr, daß bei einem weiteren Temperaturanstieg das Bimetall versucht, sich weiter zu verstellen. Da das Steuerorgan jedoch an dem Anschlag anliegt, können die bei der Verformung des Bimetalls auftretenden Kräfte dazu führen, daß das Steuerorgan oder mit ihm verbundene Elemente bleibend verbogen werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind das erste und das zweite Element blattförmig ausgebildet und derart miteinander verbunden und angeordnet, daß sie sich in der Schließstellung im wesentlichen quer zur Durchflußrichtung und in der Öffnungsstellung im wesentlichen parallel zur Durchflußrichtung der Abgas ι in dem Durchflußkanal erstrecken.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das erste Element von einem rohrförmigen Betätigungselement gebildet, das bei Erreichen seiner Phasenänderungstemperatur eine Torsionsbewegung um die Rohrachse ausführt, mit seinem einen Ende an der Wand des Durchflußkanales befestigt ist, sich quer zur Richtung desselben erstreckt und an seinem freien Ende mit dem in Form einer Absperrklappe ausgebildeten zweiten Element derart verbunden ist, daß die Absperrklappe beim übergang des Betätigungselementes zwischen seinen beiden Formen zwischen einer Absperrstellung und einer Öffnungsstellung verstellbar ist. Vorzugsweise ist das rohrförmige Betätigungselement mit Durchbrechungen versehen, so daß die heißen Abgase in das Rohr eintreten und das Betätigungselemenz. rasch erwärmen können.

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Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß das aus dem Formgedächtnis-Material bestehende Element des Steuerorgans im Abgasstrom angeordnet ist und daß somit keine eigene Heizvorrichtung erforderlich ist, um das Formgedächtnismaterial auf seine Phasenänderungstemperatur zu erwärmen. Dies stellt nicht nur eine Ersparnis dar, sondern erhöht auch die Sicherheit der Vorrichtung, da bei Auftreten heißer Abgase der Durchflußquerschnitt der Abgasleitung in jedem Falle so weit geöffnet wird, daß die Abgase in der für einen sicheren Betrieb erforderlichen Weise abgeführt werden können. Beim Erwärmen eines-Betätigunselementes mittels einer Zusatzheizung besteht immerhin die Gefahr, daß diese Zusatzheizung aus irgendeinem Grunde nicht funktioniert und eine öffnung der Absperreinrichtung somit trotz des Auftretens von Abgasen unterbleibt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung, welche in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer üblichen bekannten Kombination einer Heizvorrichtung mit einer Strömungssicherung einer Absperrvorrichtung und einem Anschlußelement einer Abgasleitung.

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer bekannten thermisch gesteuerten Abgasabsperreinrichtung.

Fig. 3 einen Axialschnitt durch eine Absperreinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei die Betätigungselemente oder Steuerorgane in ihrer geschlossenen Stellung dargestellt sind»

Fig. 4 eine der Figur 3 entsprechende Ansicht, welche die Steuerorgane in einer mittleren Stellung zeigt.

Fig. 5 eine der Fig. 3 entsprechende Ansicht, welche die Steuerorgane in ihrer vollständig geöffneten Stellung zeigt.

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Fig. 6 einen Axialschnitt durch eine Absperreinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 7 eine grafische Darstellung der typischen funktionalen Beziehung zwischen der Durchflußquerschnittsfläche und der Temperatur während des Betriebes der erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig. 8 einen teilweise schematischen Axialschnitt durch eine Absperreinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

Zunächst soll anhand der Figuren 1 und 2 der Stand der Technik beschrieben werden. Fig.1 zeigt eine typische, bekannte Anordnung, umfassend eine Heizeinrichtung 10, eine Strömungssicherung 12, eine Absperreinrichtung 14 für die Abgasleitung und einen Abgasleitungsanschluß 16. Während des normalen Betriebes strömen die Abgase von der Heizvorrichtung durch den Einlaß 18 der Strömungssicherung, die Strömungssicherung 12, deren Auslaß 22 und die Absperreinrichtung 14 in den Abgasleitungsanschluß 16. Wenn ein übermäßiger Zug herrscht, werden beträchtliche Mengen von die Abgase verdünnender Luft durch die ringförmige Entlastungsöffnung 24 der Strömungssicherung eingezogen. Wenn dagegen ein einwärts oder abwärts gerichteter Zug die Strömungsrichtung der Abgase in der Abgasleitung umkehrt, treten diese aus der Abgasleitung durch die Auslaßöffnung 22 der Strömungssicherung ein, worauf die Verbrennungsprodukte aus der Heizvorrichtung durch die Einlaßöffnung 18 der Strömungssicherung und die Entlastungsöffnung 24 der Strömungssicherung in den Raum austreten, wie dies durch den Pfeil 26 angedeutet ist. In dem Fall eines übermäßigen Aufwärtszuges oder Abwärtszuges isoliert die Strömungssicherung den Verbrennungsvorgang in der Heizvorrichtung gegenüber störenden Strömungen. Strömungssicherungen sind daher notwendige Elemente von Gasfeuerstätten mit natürlichem Abzug.

Fig.2 zeigt eine bekannte thermisch gesteuerte Abgasklappe. Die Abgasklappe umfaßt ein rohrförmiges Gehäuse 28, das durch Trennwände 30 in Abschnitte unterteilt ist, die im vorliegenden Beispiel als 4 Quadranten dargestellt sind. Jeder Quadrant ist von einem dünnen geschlitzten Bimetallblatt 32 bedeckt. Die Bimetallblätter sind mit ihren oberen Kanten an den Trennwänden 30 befestigt und krümmen sich bei Raumtemperatur .aufwärts, wobei sie mit ihren freien Enden das Gehäuse 28 berühren und dadurch im wesentlichen die Absperreinrichtung schließen. Die Temperatur der heißen Verbrennungsprodukte bewirkt, daß sich die Bimetallblätter strecken und somit den Durchtritt zur Abgasleitung hin freigeben.

Die Figuren 3, 4 und 5 zeigen eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 33 zur Steuerung des Abgasstromes in einer geschossenen Stellung, einer mittleren Stellung und einer geöffneten Stellung. Die Steuervorrichtung 33 umfaßt ein Gehäuse 34, eine an dem Gehäuse befestigte Trennwand 36 ähnlich der in der Fig. 2 dargestellten Trennwand 30 und zwei klappenförmige Steuerorgane mit je zwei Klappenbetätigungselementen 38 und 40, die unterschiedliche Temperatur-Ansprechcharakteristiken aufweisen.

Das Betätigungselement 38 hat die Form eines flachen Blattes und ist an der Trennwand mit Nieten, durch Punktschweißen oder auf andere Weise befestigt. Das Betätigungselement 38 besteht aus einem geeigneten "Formgedächtnis"-Eigenschaften aufweisenden Material, wie beispielsweise einer unter dem Warenzeichen NITINOL bekannten Nickel-Titan-Legierung, die nach einer Wärmebehandlung bei gleichzeitiger mechanischer Verformung zu einer thermo-elastischen martensitischen reversiblen Verformung an ihrer Phasenänderungstemperatur fähig ist, die auch als reversibles Formgedächtnis bezeichnet wird. Die Phasenänderungstemperatur (beispielsweise 80°C) hängt von der speziellen Zusammensetzung der Legierung und dem Herstellungsverfahren ab« Das Betätigungselement 40 besitzt ebenfalls die Form eines flachen Blattes und ist an dem

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Formgedächtniselement 38 mit Nieten oder anderen Befestigungselementen befestigt. Das Element 40 besteht aus einem geschlitzten Bimetall-Element (das auch als thermostatisches Metall bezeichnet wird) mit einer Formänderungscharakteristik, die annähernd proportional der Temperaturänderung ist.

Fig. 3 zeigt die Betätigungselemente 38 und 40 in ihrer geschlossenen Stellung. Diese Stellung wird während der Bereitschaftszeiten der Heizvorrichtung eingenommen. Wenn die Heizvorrichtung in Betrieb genommen wird, erreichen die heißen Verbrennung sprodukte des Hauptbrenners die Absperreinrichtung. Das blattförmige Formgedächtnis-Element 38 wird durch die Verbrennungsgase auf seine Phasenänderungstemperatur erhitzt und geht dabei von der Gestalt 38 in die Gestalt 38' über. Da die Gestaltänderung des Formgedächtnis-Elementes 38 im wesentlichen ohne zeitliche Verzögerung bei Erreichen der Phasentemperatur erfolgt, wird beim Zünden des Brenners rasch eine relativ große Öffnung zwischen dem freien Ende des Bimetallblattes 40' und dem Gehäuse 34' geschaffen.

Die grafische Darstellung in Fig.7 zeigt die Änderung des Durchflußquerschnittes in der Absperreinrichtung, d. h. die Änderung der Querschnittsfläche zwischen dem Gehäuse und den Betätigungselementen, als eine Funktion der Temperatur dieser Elemente. Gemäß der grafischen Darstellung zeigt die Kurve bei 41 einen stellen Anstieg, wenn die Temperatur die Phasenänderungstemperatur des Formgedächtnis-Elementes erreicht, wodurch eine rasche und große Verformung des Formgedächtniselementes mit einer entsprechend raschen Vergrößerung des Durchflußquerschnittes bewirkt wird. Der weitere Temperaturanstieg bewirkt, daß das Bimetallelement 40" sich streckt, bis es bei einer angenommenen Maximaltemperatur, beispielsweise 300°C die in der Fig.5 dargestellte gestreckte Form 40" besitzt. Der Einfluß auf die Durchtritts-Querschnittsflache wird durch den Ast 42 der in der Fig.7 dargestellten Kurve wiedergegeben.

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Ein zunehmender Zug in der Abgasleitung, der zusätzliche Raumluft durch die Entlastungsöffnung der Strömungssicherung ansaugt, senkt die Temperatur des Verbrennungsgas-Luft-Gemisches, welches durch die Absperreinrichtung hindurchströmt und bewirkt, daß die Form des Bimetallblattes zwischen den Stellungen 40" und 40' variiert.

Fig.6 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer Zug-Steuereinrichtung 43. Die Anordnung 43 umfaßt ein Gehäuse 44 mit einem im wesentlichen qudratischen Querschnitt, einem runden Einlaß 46 und einem runden Auslaß 48 sowie zwei symmetrisch einander gegenüber angeordnete Sätze von Betätigungselementen 50, 56 und 52, 58. In der Figur ist die geschlossene Stellung der Elemente in durchgezogenen Linien dargestellt, während die anfängliche Öffnungsstellung des rechten Elementes in strichpunktierten Linien bei 58' wiedergegeben ist und die vollgeöffente Stellung in strichpunktierten Linien bei 58" dargestellt ist. Die Elemente 50 und 52 bestehen aus einem Formgedächtnis-Materiäl wie beispielsweise einer unter dem Warenzeichen NITINOL bekannten Nickel- Titan-Legierung und haben die Form von flachen Blättern,· die an einander gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses mit Hilfe von Nieten 54 befestigt sind. Die Elemente 56 und 58 bestehen aus geschlitzten Bimetallelementen und sind mit Nieten 60 an den gehäusefernen Enden der Formgedächtnis-Blätter 50 und 52 befestigt. Die Bimetallblätter sind so ausgebildet, daß sie sich quer über die Breite des Gehäuses der Absperreinrichtung hin mit ihren freien Enden berühren und dadurch den Durchtrittskanal durch die Absperreinrichtung bei Raumtemperatur im wesentlichen abschließen, wie dies durch die mit ausgezogenen Linien in der Fig.6 dargestellte Stellung der Elemente gezeigt wird. Bei der Zündung des Hauptbrenners erwärmen die zunehmenden Verbrennungsprodukte die temperaturempfindlichen Blätter der Absperrvorrichtung. Sobald die Phasenänderungstemperatur der Formgedächtnisblätter erreicht ist, beispielsweise 80°C, strecken sich die Form-Gedächtnisblätter praktisch ohne Verzögerung in ihre Form 52", wodurch eine Durchtrittsöffnung für die Verbrennungsprodukte freigegeben wird. Ein weiterer Temperaturanstieg bewirkt, daß

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sich die Bimetallblätter strecken und bei der vorgesehenen Maximaltemperatur, beispielsweise 300°C, die Form 58" annehmen. Wie bei der vorher.beschriebenen Ausführungsform sind die Bimetallblätter so ausgebildet, daß sie den freien Durchtrittsquerschnitt zwischen der anfänglichen öffnung, die durch die Phasenänderung der Formgedächtnis-Blätter bestimmt wird, und der vollen Öffnung variieren.

In ihrer geschlossenen Stellung erstrecken sich die Bimetallelemente 56 und 58 schräg über die Breite des Durchflußkanals und lenken den Gasstrom auf die Formgedächtnis-Elemente 50 und 52, Dadurch wird die Erwärmung der Formgedächtnis-Elemente beschleunigt, um ihre Ansprechzeit nach dem Zünden des Brenners zu verringern.

Die in der Fig. 6 beschriebene Ausführungsform bietet zusätzliche Vorteile. Wenn die durch die Absperreinrichtung strömenden Gase die vorgesehene Maximaltemperatur erreicht haben, werden die Verschlußelemente vollständig aus dem Durchflußquerschnitt bewegt. Der Strömungsiderstand wird dadurch minimal gehalten. Sollte ferner die Temperatur über die vorgesehene Maximaltemperatur ansteigen, so können dadurch nicht die temperaturempfindlichen Elemente beschädigt werden, da die Bimetallblatter mit ihren freien Enden das Gehäuse berühren werden und somit das Strömen von heißen Gasen über die Bimetall-Oberflächen verhindert wird. Lediglich die Seite, welche dem Mittelpunkt der Absperreinrichtung zugewandt ist, wird weiterhin von den heißen Gasen erreicht, während die dem Gehäuse zugewandte Seite durch den Luftstrom gekühlt wird, der durch kleine Lüftungseinlaßöffnungen und -auslaßöffnungen 66 ein- bzw. austritt und eine Kammer 68 zwischen den Absperrelementen und einem durchmessergrößeren Abschnitt 70 des Gehäuses durchströmt.

Die Formgedächtnis-Elemente können kürzer oder langer als dargestellt sein. Sie können auch so gestaltet sein, daß sie eine kleinere oder größere Winkelbewegung bei Erreichen ihrer Phasenander ungs temperatur ausführen.

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In Fällen, wo eine Modulation des Durchflußquerschnittes während des Betriebs der Heizvorrichtung nicht erforderlich ist, kann das Verschlußelement der Absperreinrichtung der Abgasleitung vollständig aus einer Formgedächtnis-Legierung bestehen.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Absperrelemente der Absperreinrichtung aus verschiedenen Formgedächtnis-Blättern mit verschiedenen Phasenänderungstemperaturen herzustellen.

Die meisten Formgedächtnis-Materialien mit zwei unterschiedlichen Zuständen entwickeln mehr Kraft beim Übergang vom kalten in den heißen Zustand als bei der Rückkehr vom heißen in den kalten Zustand. Dies liefert eine zusätzliche Möglichkeit zur Erhöhung der Sicherheit. Wenn eine Schmutzansaminlung oder Fremdmaterialien einen Widerstand gegen die Bewegung der Formgedächtni-sblätter bewirken sollten, so zeigen sie eine größere Neigung sich zu öffnen und offen zu bleiben als in der geschlossenen Stellung zu versagen.

Wenn die Rückkehrkraft des Formgedächtnis-Mater.ials sehr gering ist oder wenn die Gasfeuerstätte es wünschenswert erscheinen . läßt, annähernd dieselbe Kraft für das öffnen wie für das Schließen der Formgedächtnis-Komponenten der Absperreinrichtung zur Verfügung zu haben, können die Formgedächtnis-Blätter bei ihrer Rückkehr durch eine Feder unterstützt werden. Die Fig.8 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher das Steuerorgan nur durch die Formänderung eines aus einem Formgedächtnis-Material bestehenden Betätigungselementes verstellt wird. ·

In einem rohrförmigen Durchflußgehäuse 72 mit kreisförmigen Querschnitt ist ein rohrförmiges Betätigungselement 74 mit seinem einen Ende an der Wand des Durchflußgehäuses 72 derart befestigt/ daß es sich im wesentlichen über die gesamte Breite es Durchflußgehäuses 72 entlang eines Durchmessers desselben erstreckt. An dem freien Ende des Betätigungselementes 74 ist mittels eines Bügels 76 eine kreisförmige Absperrklappe ■ oder-seheibe 78 befestigt, deren Durchmesser geringfügig kleiner als der Durchmesser

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des Durchflußgehäuses 72 ist.

Das Betätigungselement 74 besteht aus einem o. g. Formgedächtnis Material und wurde so vorbehandelt, daß es bei Erreichen seiner Phasenänderungstemperatur eine Torsionsbewegung um seine Achse durchführt, wobei sich das freie Ende gegenüber dem an 'dem Durchflußgehäuse 72 befestigten Ende um etwa 90° verdreht. Dies bewirkt, daß die mit dem freien Ende des Betätigungselementes 74 starr verbundene Absperrklappe 78 zwischen einer Schließstellung, in der sie quer zur Durchflußrichtung liegt, und einer Öffnungsstellung verschwenkt wird, in der sie im wesentlichen parallel zur Durchflußrichtung liegt. Um eine möglichst rasche Erwärmung des rohrförmigen Betätigungselementes zu erreichen, weist das rohrförmige Betätigungselement 74 eine Vielzahl von Durchbrechungen .80 auf, durch welche die heißen Abgase in das Rohrinnere eindringen können.

Alle Ausführungsformen der Erfindung sind frei von Gelenken, Lagern oder aufeinandergleitenden Flächen. Praktische Versuche über viele Jahre hin haben gezeigt, daß dieses Merkmal eine Voraussetzung für ein zuverlässiges Arbeiten von thermisch gesteuerten Absperreinrichtungen darstellt, weshalb dieses Merkmal in die gegenwärtigen Normen aufgenommen wurde, beispielsweise in die ANSI-Norm Z 21.68 und die DIN-Norm 3388/1 von 1978.

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Claims (13)

Exemplar 1 f-".· ; ;':-:■■: ·-; 3ΗΊ216 Patentanwälte DiPL.-lNG.H."3»tEic-iCMAisN,D.fPL.:--PHYS. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F.A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. Li ska Th 8000 MÜNCHEN 86, DEN 1 6. OKt, 1981 POSTFACH 860 820 ■-■■"'"""■" MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 983921/22

1) Herr Dipl.-Ing. Luitpold Kutzner
Bosettistraße 8

D-8000 München 60

2) Herr Ing. Werner Diermayer
1275 Panorama Drive
Lafayette, Calif. 94549, V.St.A.

Vorrichtung zur Steuerung des Abgasstromes in der Abgasleitung einer Feuerstätte.

Ansprüche

1.1 Vorrichtung zur Steuerung des Abgasstromes in der Abgas- ^— leitung einer Feuerstätte, umfassend Mittel zur Bildung eines Durchflußkanales für die Abgase und mindestens ein im Durchflußkanal angeordnetes Steuerorgan zum öffnen oder Schließen des Durchflußquerschnittes des Durchflußkanales, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan (38, 40; 50, 56, 52, 58; 74, 78) mindestens teilweise aus' einem "Form-Gedächtnis" -Eigenschaf ten aufweisenden Material besteht, das beim Erwärmen durch die Verbrennungsprodukte auf seine Phasen-Änderungstemperatur seine Gestalt derart ändert, daß es zwischen einer den Durch-, flußquerschnitt verschließenden ersten Stellung und einer den Durchflußquerschnitt mindestens teilweise freigebenden zweiten Stellung verstellt wird.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan ein aus dem Formgedächtnis-Material bestehendes erstes Element (38; 50, 52; 74,)und ein aus einem anderen Material bestehendes zweites Element(40; 52, 58; 78)umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Element(40; 56, 58)aus einem Thermostat-Material besteht, das seine Gestalt im wesentlichen proportional zur Temperaturänderung verändert, und daß das erste und das zweite Element (38,40; 50, 56, 52, 58)derart miteinander kombiniert sind, daß eine teilweise Freigabe während der Anfangsphase des Temperaturanstieges nach dem Zünden des .Brenners der Feuerstätte sehr rasch erfolgt, und daß darauf das weitere Öffnen des Durchflußquerschnittes im wesentlichen proportional zu dem weiteren Temperaturanstieg erfolgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Element(38, 40; 50, 56, 52, 58; 74, 78) miteinander verbunden sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des ersten Elementes (50, 52)an einer Seite des Durchflußkanales (44) befestigt ist und daß das andere Ende des ersten Elementes(50, 52)mit einem Ende des zweiten Elementes(56, 58) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verschließen des Durchflußkanales (44)durch das Steuerorgan (50, 56, 52, 58) das zweite Element (56, 58) sich schräg zur Durchflußrichtung quer über den'Durchflußkanal(44)erstreckt derart, daß es den Abgasstrom nach dem Zünden des Brenners der Feuerstätte gegen das erste Element(50, 52) hinlenkt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element (50, 52) bei einer Temperatur unterhalb seiner Phasenänderungstemperatur eine Gestalt besitzt, in der

das dem Durchflußgehäuse (44) ferne Ende im wesentlichen in eixie Richtung quer zum Durchflußkanal geneigt ist, und daß das erste Element(50, 52) bei Erreichen seiner Phasenänderungstemperatur eine Gestalt annimmt, in der das dem Durchflußgehäuse 64)ferne Ende sich im wesentlichen in Längsrichtung des Durchflußkanales streckt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Element (50, 52, 56, 58)' in ihrer einer vollständigen öffnung des Durchflußkanales entsprechenden Stellung sich im wesentlichen in Längsrichtung des Durchflußkanals erstrecken und Abschnitte der Seitenwände des Durchflußkanales bilden derart, daß die Außenflächen der-Elemente(50, 52, 56, 58) gegenüber den durch den Durchflußkanal strömenden heißen Gase abgeschirmt sind.

9. Absperrvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußkanal Mittel(70)zur Bildung einer Wand radial außerhalb des Steuerorgans(50, 56, 52, 58) aufweist, die mit dem Steuerorgan zur Bildung einer Kammer(68)zusammenwirken, wenn sich das erste und zweite Element (50, 56, 52, 58) in Längsrichtung des Durchflußkanals bei vollständiger öffnung desselben erstrecken, und daß in dem Durchflußkanal öffnungen(64) vorgesehen sind, um Umgebungsluft durch die Kammer(68)zum Kühlen der Außenseiten der ersten und zweiten Elemente zu leiten.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei symmetrisch angeordnete Sätze erster und zweiter Betätigungselemente (50, 52, 56, 58) vorgesehen sind, deren freie Enden an entgegengesetzten Seiten sich in Richtung auf eine Stellung erstrecken, in welcher die Enden nebeneinander liegen, um den Durchflußkanal während eines Bereitschaftsbetriebes der Feuerstätte zu verschließen.

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11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element von einem rohrförmigen Element (74) gebildet ist, das bei seiner Phasenänderungstemperatur eine Torsionsbewegung um die Rohrachse ausführt, mit einem Ende an der Wand des Durchflußkanales (72) befestigt ist, sich quer zur Richtung desselben erstreckt und an seinem freien Ende mit dem zweiten Element (78) in der Weise verbunden ist, daß das zweite Element (78) beim Übergang des ersten Elementes (74) zwischen seinen beiden Formen zwischen einer Absperrstellung und einer Öffnungsstellung verstellbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Element (74) Durchbrechungen (80) in der Rohrwand zum Eintritt der Abgase in das Rohrinnere aufweist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan mit Federmitteln verbunden irt, welche es in seine beim Abkühlen des Formgedächtnis-Materials eingenommene Stellung vorspannen. .