Verfahren zur Beeinflussung eines Regulierorgans, insbesondere eines Durchflussventils und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens Das vorliegende Patent bezieht sich auf ein Ver fahren zur Beeinflussung eines Regulierorgans, ins besondere eines Durchflussventils, wobei zu seiner Betätigung die Temperatur eines Steuermediums un ter dem Einfluss einer Heizvorrichtung verändert wird. Es bezieht sich ferner auf eine Einrichtung zur Durch führung des Verfahrens.
Derartige Verfahren und Einrichtungen sind bei Durchflussventilen an sich bekannt. Bei einem sol chen bekanntgewordenen Dampfventil wird unter dem Einfluss einer elektrischen Heizvorrichtung einer sich im Innern des Ventils befindlichen Kammer eine Flüssigkeit zugeführt, die unter dem Einfluss und in Abhängigkeit der Temperatur des zu steuernden Me diums verdampft und dadurch eine Regulierung der Durchgangsöffnung des Ventils bewirkt.
Derartige Einrichtungen haben jedoch den Nach teil, dass sie nur für die Regulierung von dampfförmi- gen Medien dienen können und nur bei den für Dampf üblichen Temperaturen funktionieren, wobei sie rela tiv träge und ungenau arbeiten und nur verhältnis mässig geringe Verstellkräfte zu liefern imstande sind. Ausserdem sind sie in ihrer Wirkung stark von den Temperaturschwankungen des zu steuernden Me diums abhängig, was durchaus unerwünscht ist.
Diese Nachteile werden durch die vorliegende Erfindung behoben. Das Verfahren ist dadurch ge kennzeichnet, dass ein Heizorgan in Abhängigkeit mindestens einer physikalischen Grösse gesteuert wird und dabei das in einem Druckgefäss enthaltene Steuermedium beeinflusst, wobei die Volumenände rung des Steuermediums infolge der Temperaturände rung im Druckgefäss eine Druckänderung zur Folge hat, welche auf das Regulierorgan übertragen wird, dessen Regulierstellung in Abhängigkeit des auftre tenden Druckes verändert wird.
Die Einrichtung selbst ist gekennzeichnet durch ein mit einer elektrischen Heizvorrichtung versehenes Druckgefäss für das Steuermedium, das mit dem zu betätigenden Regulierorgan in Wirkverbindung steht, wobei im Heizstromkreis eine elektrische Kontaktein richtung vorhanden ist, die mindestens mit einem Messorgan in Wirkungsverbindung steht und durch dieses betätigbar ist.
Dies erlaubt, Reguliereinrichtungen zu bauen, die beispielsweise in dem für zentrale Heiz- und Kühl anlagen für Wohnräume üblichen Temperaturbereich des die Wärmeaustauscher durchfliessenden Wärme- bzw. Kälteträgers, also von etwa 5 bis 100 C, ohne Nachregulierung mit gleichbleibender Ansprechge- nauigkeit verwendbar sind.
In der Zeichnung sind Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes, die sowohl für Raumheizun gen als auch für Raumkühlungen Verwendung finden können, als Beispiele veranschaulicht.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer er sten Ausführungsform einer Reguliereinrichtung.
Fig. 2 zeigt eine von Fig. 1 etwas abweichende, zweite Ausführungsform.
In Fig. 1 ist eine Reguliereinrichtung dargestellt, welche der Beeinflussung einer Raumheizung dient, wobei sich das Ventil 1 im Kreislaufsystem des der Heizung dienenden Heisswassers befindet. Das Ventil 1 ist mit einer Zuleitung 2 und einer Ableitung 3 ver sehen, zwischen welchen sich eine steuerbare Durch flussöffnung 4 befindet. Diese Durchflussöffnung 4 des Ventils wird von einem zu einem Ventilteller verbrei terten Ansatzring des beweglichen Stössels 5 abge schlossen. Für den Durchfluss der zu regulierenden Flüssigkeit kann das Ventil geöffnet werden, indem der Stössel mehr oder weniger gehoben wird, wodurch die Durchgangsöffnung 4 zwischen der Zuleitung 2 und Ableitung 3 freigegeben wird.
Mit dem Ventil ist ein Druckgefäss 6 über eine Rohrleitung 7 verbunden, die beide mit einem Me dium gefüllt sind. Als zweckmässig hat sich eine Flüs sigkeit mit einem hohen Ausdehnungskoeffizienten erwiesen. Das Medium könnte jedoch auch minde stens bei einem Teil des in Frage kommenden Tem peraturbereiches gasförmig sein. Als Steuermedium käme beispielsweise Wasser, Öl, fluor-ehlorsubsti- tuierter Kohlenwasserstoff (Freon) usw. in Frage. Die Rohrleitung 7 kann allenfalls als Kapillare ausgebil det sein.
Sie mündet in einen mit gleichartigem Me dium gefüllten Ventildruckraum 12, der im unteren Teil des Ventils 1 gelegen ist und in welchem sich ein Faltenbalg 8 befindet. Dieser ist mit einem Führungs bolzen 9 verbunden, der seinerseits als Aufnahme für das Stösselende ausgebildet ist. Der Faltenbalg 8 hat die Eigenschaft, dass er in radialer Richtung auf ihn einwirkenden, äusseren Kräften einen vergleichsweise wesentlich höheren Widerstand entgegengesetzt als in axialer Richtung. In axialer Richtung genügen schon geringe Kräfte, um eine Längenänderung dieses Fal- tenbalges herbeizuführen.
Das Druckgefäss 6 ist zur elektrischen Beheizung mit einer Heizwicklung 17 aus Widerstandsmaterial umwunden, die elektrisch mit einer Stromquelle 13 in Verbindung steht. In diesem Stromkreis liegt ein Schalter 14, welcher seinerseits von einem Spiess theimostaten 15 betätigt wird. Dieser Thermostat wird in einem der zu beheizenden Räume installiert und kann in beträchtlicher Entfernung vom Ventil- und Druckgefäss angeordnet sein, da als Verbindung zwei elektrische Leiter genügen.
Sobald das Druckgefäss 6 einer Erwärmung aus gesetzt wird, beginnt sich das Medium in seinem Inneren auszudehnen, wobei diese Ausdehnung eine Druckerhöhung bewirkt, welche sich über die Rohr leitung 7 auf den Ventildruckraum 12 fortpflanzt, wodurch schliesslich der Faltenbalg 8 in axialer Rich tung zusammengedrückt wird. Dadurch wird der Bol zen 9 mit dem Stössel 5 entgegen einer festen Feder 10 und einer verstellbaren Feder 11 gehoben und somit die Durchflussöffnung in Abhängigkeit des auftreten den Druckes mehr oder weniger freigegeben.
Durch Verstellung der Feder 11 lässt sich der für den Stössel hub aufzuwendende Druck innerhalb gewisser Gren zen einstellen, wodurch sich die freigegebene Durch flussöffnung und damit die Menge des hindurchflie ssenden Heizmediums pro Zeiteinheit bei einem be stimmten Druck im Gefäss 6 einstellen lässt.
Die Einrichtung liesse sich auch so ausführen, dass von irgendeinem Glied zuerst ein toter Weg zurück gelegt werden muss, bevor der Stössel die Durchfluss- öffnung freigibt. Dem gleichen Zweck, nämlich eine Verzögerung des Öffnungsvorganges herbeizuführen, könnte - bei Verwendung von Flüssigkeit als Steuer medium - auch eine nur teilweise Füllung des Systems mit Flüssigkeit bewirken.
Es würde sich dann ein kompressibles Luft- resp. Gaspolster bilden, wel- ches durch die sich unter der Wirkung der elektri schen Heizvorrichtung ausdehnende Flüssigkeit zuerst komprimiert werden müsste, bevor der für die Stössel betätigung erforderliche Druck zur Verfügung stehen würde.
Sobald die vom Thermostat festgestellte Raum temperatur einen vorbestimmten Wert übersteigt, be wirkt dies durch Öffnen des Kontaktes 16 eine Unter brechung des Heizstromkreises. Die Schaltung könnte auch so ausgeführt sein, dass bei einer Temperatur erhöhung ein Schalter geschlossen wird, der die elek trische Heizung 17 in Funktion setzt und schliesslich das Durchflussventil öffnet. Diese letztere Schaltein richtung wäre namentlich dann zweckmässig, wenn der Raum statt geheizt gekühlt werden soll und das Ventil der Durchflussregulierung einer Kühlflüssigkeit dient.
Das Volumenverhältnis von Ventildruckraum zu Druckgefäss wird vorteilhafterweise kleiner als 1 ge wählt. Dies vermindert die unerwünschte Tempera turbeeinflussung des im Raum 12 enthaltenen Teiles des Steuermediums durch das Durchflussmedium und begünstigt eine ausgeglichene, stetige Arbeitsweise der Reguliereinrichtung.
Anstelle eines Schalters 14 könnte auch ein Regler vorgesehen sein, der den Heizstrom der Heizwick- lung 17 stufenweise ein- oder ausschaltet.
Das Ventil könnte statt zur Regulierung einer Flüssigkeit auch für gas- oder dampfförmige Stoffe eingesetzt werden.
Bei der in Fig. 1 gezeichneten Ausführungsform wirken die Federn 10 und 11 im Sinne einer Schlie ssung der Ventildurchgangsöffnung auf den Stössel 5 ein. Es ist auch eine Ausführung denkbar, bei der die Federn auf den Stössel im Öffnungssinn wirken wür den, wobei die Wärmedehnung der Steuerflüssigkeit zur Regulierung der Durchgangsöffnung entgegen dem Federdruck verwendet würde.
Eine weitere Variante besteht darin, dass anstelle eines Thermostaten beispielsweise ein Hygrostat oder andere geeignete Vorrichtungen zur Messung physi kalischer Grössen verwendet werden. Dadurch lässt sich die Regulierung der Durchflussmenge ausser von der Temperatur auch von anderen Kriterien abhängig machen, wie zum Beispiel von der Luftfeuchtigkeit, vom Luftdruck an bestimmten Orten oder vom Druck in bestimmten Gefässen.
Es können auch eine Mehrzahl von im Heizstrom kreis liegenden Schaltern, beispielsweise Reglern, mit den zugehörigen Betätigungsorganen in Serie oder parallel geschaltet werden oder beide Schaltungsarten miteinander kombiniert sein. Dies erlaubt, die Regler beeinflussung nötigenfalls ohne Schwierigkeiten von mehreren, sogar weit auseinanderliegenden Messstel- len aus, vornehmen zu können.
Es ist somit nicht nur möglich, beispielsweise in jedem Raum einen die Temperatur kontrollierenden Thermostaten anzubringen, welcher den Durchfluss des Heisswassers zum Heizkörper resp. Wärmeaustau- scher in Abhängigkeit der betreffenden Raumtem peratur regelt, sondern es können auch mehrere Räume zu Gruppen zusammengefasst werden, und zwar in dem Sinne, dass mehrere Thermostaten, die in verschiedenen Räumen montiert sind, auf ein ge meinsames Regulierventil einwirken oder aber ein Thermostat gleichzeitig mehrere Reguliereinrichtun gen beeinflusst.
Durch die Serieschaltung mehrerer Thermostaten, die mit einem gemeinsamen Regulier ventil zusammenwirken, kann beispielsweise erreicht werden, dass die Ventildurchflussöffnung erst freigege ben wird, wenn sämtliche Thermostaten ihre Kon takte geschlossen haben, d. h. wenn in allen Räumen eine Temperatur herrscht, die unterhalb der an den Thermostaten eingestellten Grenze liegt, wobei diese Grenzen bei den einzelnen Thermostaten ohne wei teres verschieden hoch liegen können.
Es könnten ferner weitere Einrichtungen zusam men mit dem elektrischen Heizstromkreis gesteuert werden, wie zum Beispiel Kontrollampen, Ventila toren zur Kühlung des Druckgefässes, oder Elektro magnete, welche Lüftungsklappen oder weitere Ven tile betätigen.
In Fig. 2 ist eine Schalteinrichtung mit mehreren Thermostaten dargestellt. Mit dieser Einrichtung ist es zum Beispiel möglich, einen oder mehrere Räume je nach Bedarf vollautomatisch zu heizen oder zu kühlen, unter Verwendung von nur einem einzigen Wärmeaustauscher und einem einzigen zugehörigen Durchflussregulierventil, welches durch Regulierung der Menge des durch das Ventil fliessenden Heiz- resp. Kühlmediums die Raumtemperatur innerhalb wählbaren Temperaturgrenzen konstant hält.
Je nach dem, ob durch das Ventil und den Wärmeaustauscher Heiz- oder Kühlmedium hindurchgeleitet wird, kann dem betreffenden Raum Wärme zugeführt oder Wärme entzogen werden, wobei sich dieser Vorgang vollautomatisch steuern lässt.
Fig. 2 stellt eine Einrichtung zur automatischen Heizung und Kühlung mit den zugehörigen Schaltern dar. Der Aufbau des Ventils 21 in Fig. 2 ist ähnlich wie in Fig. 1. Zwischen der Zuleitung 22 und der Ableitung 23 ist wiederum eine vom Stössel 29 regu lier- und abschliessbare Durchgangsöffnung 24 vor handen. Das Ableitungsrohr steht mit einem Wärme- austauscher 35 in Verbindung. Der Faltenbalg 28 ist einerseits mit der Wandung des Ventildruckraumes 30 und anderseits über ein Lagerstück mit dem Stössel 29 verbunden.
Das Druckgefäss 26 ist wiederum durch eine Heizwicklung 31 heizbar und über die Rohrleitung 27 mit dem Ventildruckraum verbunden. Im Heizstromkreis sind - im Gegensatz zu Fig. 1 zwei unter sich parallel geschaltete Thermostaten ein gebaut. Der eine dieser Thermostaten 32 überwacht eine wählbare, untere Temperaturgrenze TI, und der andere Thermostat 33 überwacht analog hierzu eine obere Temperaturgrenze T2. Der Thermostat 32 ist so eingerichtet, dass er die elektrische Beheizung des Druckgefässes 26 unterbricht, wenn die Raumtem peratur die eingestellte untere Grenze überschreitet.
Der Thermostat 33 hingegen schliesst den Heizstrom kreis für das Druckgefäss 26, sobald die Raumtem- peratur einen zweiten, höhergelegenen Wert über schreitet.
übersteigt beispielsweise im Sommer die Raum temperatur die obere, eingestellte Temperaturgrenze T2, dann spricht der Thermostat 33 an und schliesst seinerseits den elektrischen Heizstrom zur Beheizung des Druckgefässes, so dass die Durchflussöffnung 24 geöffnet wird. Es muss nun lediglich dafür gesorgt wer den, dass durch das Ventil 21 und den Wärmeaustau- scher statt ein Heizmedium ein Kühlmedium fliesst, wel ches den Raum kühlt.
Die Uuschaltung von Kühlme dium auf Heizmedium könnte beispielsweise durch eine von Hand betätigte Umschalteinrichtung erfolgen, die je nach der Jahreszeit betätigt wird oder aber auto matisch durch Thermostaten, welche diese Umschal tung in Abhängigkeit der registrierten Aussentem peratur oder des Sonnenstrahleneinfalls ausführen. Es wäre anderseits auch möglich, dass im elektrischen Heizstromkreis des Thermostaten 33 ein elektro magnetisch betätigtes Umschaltventil eingebaut würde, das den Durchfluss des Heiz- oder Kühlmediums freigeben könnte.
Der Temperaturbereich zwischen T1 und T2, in welchem beim übergang von Heiz- auf Kühlmedium oder umgekehrt keine Beheizung des Druckgefässes stattfinden kann, lässt sich dabei im Prinzip beliebig eng halten, sofern man die Thermostaten 32 und 33 genügend empfindlich wählt und für geringe Träg heit des ganzen Systems sorgt.
In den Fig. 1 und 2 ist das Druckgefäss 6 resp. 26 in einer gewissen Entfernung vom Ventil angeordnet, um direkte Beeinflussungen der Steuerflüssigkeit durch Wärmestrahlung und Wärmeleitung vom zu steuernden Medium her weitgehend auszuschalten.
Es wäre jedoch eine weitere Ausführungsform denkbar, bei der das Druckgefäss in den Ventildruck raum verlegt und mit diesem eine räumliche Einheit bilden würde, wobei die elektrische Heizung auf das in diesem Raum enthaltene Steuermedium einwirkte. Die Rohrleitung 7 resp. 27 käme dabei in Wegfall, ohne dass sich die Funktionsweise dabei prinzipiell ändern würde.
Aus der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Anord nung ist ersichtlich, dass das durch das Ventil flie ssende Medium auf die Temperatur der im Raum 12 bzw. 30 befindlichen Teile des Steuermediums ein wirkt. Der Druck auf den Faltenbalg 8 bzw. 28 und damit die Öffnungs- und Schliessbewegung des Ventil tellers des Stössels 5 bzw. 29 wird daher nicht nur durch die Temperatur des im Druckgefäss 6 bzw. 26 enthaltenen Teiles des Steuermediums bestimmt, son dern dieser Regulierdruck wird durch den wechseln den Temperatureinfluss des Durchflussmediums beein flusst.
Bei Reguliereinrichtungen bekannter Art, insbe sondere bei solchen, wo das Druckgefäss 6 bzw. 26 unmittelbar als im zu beheizenden Raum aufgestellter Wärmefühler dient, ergeben sich durch die erwähnte Beeinflussung erhebliche Abweichungen vom Soll wert, sobald das durch das Ventil fliessende Medium Temperaturschwankupgen aufweist, oder wenn das in diesen Fällen als Temperaturfühler wirkende Druck gefäss der Wärmestrahlung, beispielsweise eines Ra- diators, ausgesetzt ist.
Man versucht zwar, diese schädlichen Auswirkungen so gut als möglich zu ver hindern, etwa indem das Volumen des im Druck gefäss 6 bzw. 26 enthaltenen Steuermediums um ein Vielfaches grösser gewählt wird als das Volumen des im Raum 12 bzw. 30 befindlichen Anteils oder indem der Raum 12 bzw. 30 gegenüber dem Durchfluss- medium so gut als möglich wärmeisoliert wird. Man wird aber nicht darum herumkommen, die Regulier einrichtung laufend, etwa durch Veränderung der Spannung der Feder 11, den wechselnden Tempera tureinflüssen des Durchflussmediums anzupassen, um dadurch annähernd eine Korrektur der Regulierein richtung zu bewirken.
Diese Korrektur kann aber nur in verhältnismässig engen Grenzen erfolgen, und sie wird auch nie wirklich genau sein; insbesondere kann sie nicht derart umfassend sein, dass bei abwechseln dem Durchfluss von Heiss- und Kaltwasser durch das gleiche Ventil eine ausreichende Reguliergenauigkeit erreichbar ist.
Die für die Betätigung des Ventils nötige Tem peratur des zu beheizenden Teiles des Steuermediums wird vorteilhaft so gewählt, dass diese Temperatur wesentlich über der Umgebungstemperatur des Druck gefässes 6 bzw. 26 liegt, so dass sich letzteres bei Unterbrechung der Heizung infolge eines erheblichen Wärmegefälles gegenüber der Umgebung rasch ab kühlt.
Es kann zweckmässig sein, die Temperatur des Steuermediums, bei der die Betätigung des Stössels erfolgt, so zu wählen, dass diese wesentlich über der Temperatur des durch das Ventil fliessenden Mediums liegt. Dadurch fallen die Temperaturschwankungen des durch das Ventil fliessenden Mediums im Rah men des gesamten Temperaturgefälles zwischen Steuermedium und Durchflussmedium weniger ins Gewicht, so dass das ganze System trotz unterschied lichen Temperaturen des Durchflussmediums eine weitgehend konstante Reguliergenauigkeit aufweist.
Wenn die Anordnung nach Fig. 1 etwa als Regu liereinrichtung für die Wasserspeisung eines Radia- tors für Raumheizung verwendet wird, wobei der Warmwasservorlauf max. 60 C beträgt, die Solltem peratur in dem zu heizenden Raum auf 20 C ein gestellt ist und das Druckgefäss sich im betreffenden Raum, einigermassen von der Strahlungseinwirkung durch den Radiator geschützt befindet, kann die Temperatur des Steuermediums im Druckbehälter 6 beispielsweise mit 80 C gewählt werden. Diese An gaben sind lediglich als Beispiel zu verstehen.
Es können, je nach den gestellten Bedingungen, auch andere Temperaturverhältnisse zweckmässig sein.
Die elektrische Heizung des Druckgefässes 6 resp. 26 kann direkt an das normale Lichtnetz mit Gleich- oder Wechselstrom angeschlossen werden. Es könnte aber auch ein Transformator vorhanden sein, welcher die Wechselspannung auf einen kleineren Wert her- untertransferiert. Als Stromquelle 13 könnte aber auch eine Batterie dienen, die allenfalls mit einer Auflade vorrichtung in Verbindung steht.
Es liessen sich auch weitere Ausführungsformen denken, bei denen die Ventildruckkammer im Oberteil des Ventils angebracht ist oder anstelle eines Stössels Klappen oder ähnliche Regulierorgane betätigt wer den.