Thermostatisches Wärmeaustauscher-Reglerventil für automatische Umstellung auf Heiz- oder Kühlregelung Für die Regelung der Wärmeabgabe von Wärme- austauschern, wie z. B. Konvektoren, sind thermo- statische Ventile bekanntgeworden, mittels denen die Menge des dem Wärmeverbraucher zufliessenden Wärmeträgers, z. B. Heisswasser, in Abhängigkeit einer gemessenen Temperatur geregelt wird.
Letztere wird meistens mit einem Flüssigkeits- oder Dampf druckfühler ermittelt, der über ein Kapillarrohr mit einem Ausdehnungselement, z. B. einem Federrohr balg, in Verbindung steht. Die temperaturabhängigen Verformungen des Ausdehnungselementes werden mechanisch auf den beweglichen Ventilteil übertra gen. Solche thermostatische Reglerventile sind als Schliessventile ausgebaut, das heisst, wenn der Wärmebedarf befriedigt ist, wird das Ventil ge schlossen.
Ähnliche Einrichtungen werden bei Kühlanlagen verwendet. Unterschiedlich ist nur, dass das Regler ventil hier bei einem Anstieg der Temperatur im zu kühlenden Raum mehr Kühlmedium zum Kühl aggregat durchfliessen lassen muss, weshalb es als Öffnungsventil gebaut ist.
Soll ein Raum unter Verwendung des gleichen Wärmeaustauschers während einer gewissen Periode beheizt und während einer andern Periode gekühlt werden, so muss bei Verwendung von thermostati- schen Reglerventilen dazu sowohl ein Schliessventil als auch ein Öffnungsventil vorgesehen werden. Dies hat eine komplizierte und teure Installation zur Folge, was sich besonders nachteilig bei Heizanlagen von bewohnten Räumen, die im Sommer auf Kühl betrieb umgeschaltet werden können, auswirkt.
Es sind für den genannten Zweck thermostatische Reglerventile bekanntgeworden, welche mittels eines Ausdehnungsbalges oder einer Membrandose in Ab- hängigkeit eines Ausdehnungstemperaturfühlers, so wohl für Wärmeregelung als auch für Kühlregelung mit gleichbleibender Steuerkraftrichtung ein Doppel ventil steuern, dessen eine Hälfte als Schliessventil für Wärmeregelung und dessen andere Hälfte als Öffnungsventil für Kühlregelung wirkt und die Um stellung von Heiz- auf Kühlregelung oder umgekehrt von Hand mittels eines Drehgriffes erfolgt, dessen Drehung über einen geeigneten Mechanismus, z. B.
ein Schraubengetriebe eine Längsverschiebung des beweglichen Ventilteils zur Folge hat und der be wegliche Ventilteil in die warmregelnde oder kühl regelnde Lage gebracht wird. Da das Medium für Heizung mindestens 30-35 C, für Kühlung unter 15-20 C aufweist, besteht zwischen den beiden Betriebsarten eine Temperaturdifferenz von etwa 10-20 C, welche genügt, um die Umstellung auto matisch vorzunehmen, indem beispielsweise der be wegliche Ventilteil mit einem zweiten Ausdehnungs balg in Verbindung steht, welcher der Temperatur des Mediums ausgesetzt ist und über den Tempera tursprung zwischen Heizung und Kühlung den be weglichen Ventilteil in die eine oder andere Regel stellung bringt.
Unabhängig davon, ob ein Ventil von Hand oder automatisch auf Heizung oder Kühlbetrieb umge stellt wird, haftet den bekannten Reglerventilen der genannten Art der Nachteil an, dass das thermo- statische Ausdehnungsorgan den beweglichen Ventil teil steuert, wodurch entweder die Steuerkraft oder der Steuerweg stark begrenzt ist und mitunter für eine einwandfreie Regelung bei hinreichender Me- diummenge nicht ausreicht.
Die Erfindung hat zum Ziel, das Ventil mittels einer Servokraft zu steuern, welche am Ventil selbst gewonnen wird und welche durch den thermo- statischen Ausdehnungskörper gesteuert ist. Die Erfindung betrifft ein thermostatisches Wärme- austauscher-Reglerventil für automatische Umstellung auf Heiz- oder Kühlregelung mit einer unter Soll werteinstellung stehenden und mittels Flüssigkeits fühler die Raumtemperatur erfassenden Membran dose sowie einem Steuerventil mit zwei gleichzeitig entgegengesetzt arbeitenden Drosselorganen, wovon das eine beim Heizen, das andere beim Kühlen in Wirkung ist,
welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Membrandose in Abhängigkeit von der Dif ferenz zwischen der Raumtemperatur und dem Soll wert mittels hydraulischer Servokraft in Auf-Zu- Regelung ein Hauptventil des Mediums steuert, wo bei die Servokraft durch Druckabfall erzeugt ist, indem der Durchflusskanal ein Venturirohr und das Reglergehäuse einen durch eine Membran in zwei Kammern unterteilten Hohlraum mit höherem und niedrigerem Druck aufweist, dass die Membran gegen das unter einer Gegenkraft stehende Hauptventil drückt,
und die Kammer mit höherem Druck durch eine feste Drossel mit einer Stelle des vollen stati schen Druckes im Durchflusskanal und das mit zwei entgegengesetzt wirkenden Drosselorganen ver sehene Steuerventil mit einer Stelle geringeren stati schen Druckes im Durchflusskanal verbunden ist, und die Steuerung des Steuerventils direkt durch die Membrandose erfolgt. Die Gegenkraft des Haupt ventils kann durch eine Feder, zweckmässigerweise durch eine zweite Membran, erzeugt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 ein thermostatisches Wärmeaustausch reglerventil für automatische Umstellung auf Heizung und Kühlung in schematischer Darstellung im Schnitt, in den Fig.2-5 verschiedene Stellungen des Steuer ventils für Heizung und Kühlung und in Fig. 6 eine bauliche Ausführungsform des Reg lerventils im Schnitt.
Das Reglerventil ist vorgesehen für den Einbau in die Zuführungsleitung des Mediums unmittelbar vor einem Wärmeaustauscher. Wie in Fig. 1 darge stellt, besteht das Gehäuse des Reglerventils aus drei Teilen, nämlich einem Gehäuseunterteil 1, einem Gehäusemittelteil 6 und einem Gehäuseoberteil 16. Der Gehäuseunterteil 1 hat einen Einlaufstutzen 2, einen Auslaufstutzen 3 und einen zylindrischen Mit telteil 4, in dessen Achse das Hauptventil 5 für Auf-Zu-Regelung angeordnet ist. Auf dem zylin drischen Mittelteil 4 ist der Gehäusemittelteil 6 des Gehäuses aufgebaut.
Die Gehäuseteile 4 und 6 bilden zusammen einen Hohlraum, welcher durch eine Membran 7 in zwei Kammern; und zwar eine Unter druckkammer 8 und eine Überdruckkammer 9 ge trennt ist. Der Druckabfall für die beiden Kammern 8 und 9 wird so erzeugt, dass im Gehäuseunterteil 1 der Durchflusskanal von der Einlauföffnung bis zum Hauptventil 5 in Form eines Venturirohres 10 ver- jüngt ist, die Überdruckkammer 9 durch einen Überdruckkanal 11 über eine feste Drossel 12 mit dem Einlaufstutzen 2, die Unterdruckkammer 8 durch einen Unterdruckkanal 13 mit dem hinter dem Hauptventil 5 verengten Durchflusskanal verbunden ist.
Zur Steuerung des Druckabfalles ist die Über druckkammer 9 über ein in zwei Richtungen arbei tendes Steuerventil 14, 21, 22 durch einen Kanal 15 mit der Unterdruckkammer 8 verbunden. Auf dem Gehäusemittelteil 6 ist der Gehäuseoberteil 16 auf gebaut, welcher eine Membrandose 17 zur Steue rung des Steuerventils 14, 21, 22 aufweist. Die Membrandose 17 ist durch ein Kapillarrohr 18 mit einem nicht dargestellten Flüssigkeitstemperatur fühler am Wärmeaustauscher verbunden. Die Höhe lage der Membrandruckdose 17 ist zwecks Einstel lung des Temperatur-Sollwertes durch eine Schraube 19 einstellbar.
Die Membrandose 17 ist durch eine Schubstange 20 mit den Drosselorganen 21, 22, des Steuerventils 14, 21, 22 direkt verbunden. Das Steuerventil 14, 21, 22 ist in der Lage für Wärme regulierung dargestellt. Zur automatischen Umsteue rung auf Kühlung ist in der Überdruckkammer 9 an einem fest angeordneten Bügel 23 eine Bimetallfeder 24 eingespannt, die unter Einspanndruck nach unten durchgebogen ist und bei Abkühlung des Mediums auf Kühltemperatur in eine nach oben durchgebo gene Lage schnappt und dadurch mittels der Gabel 25 und des Schubstangenkopfes 26 das Drosselorgan 22 bezüglich des Steuerventils 14, 21, 22 in die Regellage bringt und das Drosselorgan 21 aus seiner Regellage heraushebt.
Die Anordnung arbeitet folgendermassen: Wenn das Hauptventil 5 geöffnet ist und zur Heizung warmes Wasser vom Einlaufstutzen 2 zum Auslauf stutzen 3 durch das beschriebene Reglerventil strömt, so steht infolge des Venturirohres 10 im Kanal 11, 12 ein höherer Druck als im Kanal 13, 15 zur Ver fügung. Bei Anstieg der Raumtemperatur, welche durch den Flüssigkeitstemperaturfühler am Kapillar rohr 18 erfasst wird, drückt die Membrandose 17 die Schubstange 20 nach unten und schliesst das Steuerventil 14, 21.
Dadurch hält sich in der Kammer 9 der überdruck gegenüber der Kammer 8, so dass die Membran 7 auf das Hauptventil 5 drückt und dieses schliesst. Sinkt die Raumtemperatur, so öffnet die Membrandose 17 das Steuerventil 14, 21, so dass sich der Druckunterschied zwischen den Kammern 9 und 8 vermindert und das Hauptventil 5 sich wieder öffnet. Ist der Durchtrittsquerschnitt des Steuerventils 14, 21 grösser als derjenige der festen Drossel 12, so stellt sich der Druckabfall von Kanal 11, 12 zu Kanal 13 zum grössten Teil über die feste Drossel 12 ein, das heisst zwischen den Kammern 9 und 8 besteht praktisch kein Druck unterschied,
und das Hauptventil 5 wird durch eine Rückstellfeder 27 in offener Stellung gehalten. Wird das Steuerventil 14, 21 so weit geschlossen, dass sein Durchtrittsquerschnitt kleiner wird als derjenige der festen Drossel 12, so stellt sich ein entsprechender Teil des total verfügbaren Druckes über dem Steuerventil 14, 21 und somit auch über der Mem bran 7 ein, wodurch das Hauptventil 5 schliesst.
Die Umsteuerung von Heizung auf Kühlung und umgekehrt mittels der Bimetallschnappfeder 24 er folgt folgendermassen: Strömt Heizmedium durch das Reglerventil, so ist die Bimetallfeder 24 nach unten durchgebogen, und die Gabel 25 liegt nach unten gezogen auf dem Bügel 23. Ist das Steuerventil 14, 21 ganz geöffnet, wie in Fig. 2 dargestellt, so liegt der Schubstangenkopf 26 oben an der Gabel 25 an, und die Totalöffnung des Ventils 14, 21 und 14, 22 verteilt sich zu gleichen Hälften.
Die Membrandose 17 kann nun, wenn die Raumtemperatur zu hoch ist, durch Niederdrücken der Schubstange 20 das Ventil 14, 21 schliessen, wobei der Kopf 26 im Grund der Gabel 25 aufliegt, wie in Fig.3 dar gestellt. Da die Kühlung des Raumes immer dann einsetzt, wenn die Raumtemperatur zu hoch ist, be findet sich das Steuerventil vor der Umschaltung in der Lage gemäss Fig. 3.
Wird die Anlage von Heizung auf Kühlung umgeschaltet, so tritt Kühlmedium in den Einlaufstutzen 2; das Reglergehäuse und das Medium in den Kammern 8 und 9 kühlt sich ab, und bei Erreichen einer hinreichend niederen Tempe ratur schnappt die Bimetallfeder 24 nach oben, wo durch die Gabel 25 nach oben gedrückt, auf der Unterseite des Trägers 23 anliegt, der Kopf 26 ge hoben wird und die beiden Ventile 14, 21 und 14, 22 zu gleichen Hälften geöffnet werden, wie in Fig. 4 dargestellt.
Sinkt nun die Raumtemperatur, so hebt die Membrandose 17 die Schubstange 20 und schliesst das Steuerventil 14, 22, wobei der Kopf 26 oben in der Gabel 25 anliegt, wie in Fig. 5 darge stellt. Die Umschaltung von Kühl- auf Heizbetrieb erfolgt, wenn die Raumtemperatur zu tief ist; dann nimmt das Steuerventil die in Fig. 5 dargestellte Lage ein. Durch die Umschaltung der Anlage auf Heizbetrieb gelangt Heizmedium in den Einlauf stutzen 2; das Reglergehäuse und das Medium in den Kammern 8 und 9 erwärmt sich wieder, und bei hinreichend hoher Temperatur schnappt die Bi metallfeder 24 wieder nach unten und bringt das Steuerventil wieder in die Lage, wie in Fig. 2 dar gestellt.
Damit die automatische Umschaltung von Heiz- auf Kühlbetrieb, wie beschrieben, erfolgen kann, ist es erforderlich, dass bei geschlossenem Hauptventil eine geringe Menge Medium durch den Durchfluss- kanal strömen kann, indem das Hauptventil mit geringem Leck arbeitet oder eine nicht schliessbare Rinne oder dergleichen angeordnet ist.
Auch darf die Schubstange 20 zwischen der Membrandose 17 und dem Drosselorgan 21 nicht starr sein, wie in der schematischen Fig. 1 der Einfachheit halber dar gestellt ist, sondern es müssen Übertragungsglieder eingebaut sein, welche den durch das- Schnappen der Bimetallfeder 24 erfolgenden Hub zwischen dem Drosselorgan 21 und der Membrandose 17 auf nehmen, damit die Membrandose 17 durch diesen Hub nicht beeinflusst wird. Fig. 6 stellt einen Schnitt durch eine Ausführungsform des Erfindungsgegen standes dar und zeigt die erforderlichen Detail anordnungen.
Die Bezugszeichen sind soweit über einstimmend von Fig. 1 übernommen. Die übertra- gung des Hubes der Membrandose 17 auf das Steuer ventil erfolgt mittels eines Stempels 28, auf welchen die Membrandose 17 mit einer Scheibe 29 drückt. Eine Schraubenfeder 30 zwischen der Dichtungs platte 31 auf dem Gehäusemittelteil 6 und einer Schulter des Stempels 28, liefert die Rückstellkraft für die Membrandose 17. Am untern Ende des Stempels 28 ist eine Gabel 32 angeschraubt, und das Drosselorgan 21 hängt unter dem Druck einer Feder 33 in dieser Gabel.
Wird bei der Umschal tung von Heizung auf Kühlung das Drosselorgan 21 beim Hochschnappen der Bimetallfeder 24 gehoben, so wird dieser Hub von der Gabel 32 aufgenommen, indem die Feder 33 zusammengedrückt wird und sich der Rand des Drosselorgans 21 von der Gabel 32 abhebt. Sinkt daraufhin die Raumtemperatur, so hebt sich die Membrandose 17 und damit der Stempel 28 und die Gabel 32, bis das Spiel wieder aufgehoben ist. Bei weiterer Abkühlung der Raum temperatur hebt sich der Stempel 28 noch weiter und schliesst das Ventil 14, 22.
Bei Umschaltung von Kühlung auf Heizung wird, wenn die Bimetall feder 24 nach unten schnappt, die Gabel 32 und der Stempel 28 unter Zusammendrücken der Feder 30 nach unten gezogen, so dass sich die Scheibe 29 vom Stempel 28 abhebt, bis sich durch den Anstieg der Raumtemperatur die Membrandose 17 senkt und die Scheibe 29 wieder auf den Stempel 28 drückt.
Wenn der Druck der Umwälzpumpe konstant ist, kann die Gegenkraft am Hauptventil 5 eine Schraubenfeder 27 sein, wie in Fig. 1 dargestellt. Da der Pumpendruck in verschiedenen Anlagen sehr unterschiedlich sein kann, ist es zweckmässig, auch die Gegenkraft des Hauptventils 5 vom Medium druck abhängig zu machen. Dies erfolgt in einfacher Weise, wie in Fig. 6 dargestellt, mit einer der Mem bran 7 entgegenwirkenden Membran 35, welche zwischen dem Gehäuseunterteil 1 und einer Boden platte 36 angeordinet ist, wobei die Bodenplatte 36 eine Überdruckkammer 37 und der Gehäuseunterteil 1 eine Unterdruckkammer 3 8 bilden.
Das Reglerventil arbeitet als Auf-Zu-Regler. Dies ist nur nachteilig, wenn die Auf-Zu-Regelung so langsam erfolgt, dass die Raumtemperatur merkliche Schwankungen erfährt. Damit die Raumtemperatur nicht merklich schwankt, soll die Auf-Zu-Regelung hinreichend rasch erfolgen. In bekannter Weise kann dies dadurch erreicht werden, dass die Membrandose 17 nicht nur von einem, sondern von mehreren Flüssigkeitstemperaturfühlern abhängig ist.
Eine zweckmässige Anordnung besteht darin, dass zwei Flüssigkeitstemperaturfühler verwendet werden, und zwar so, dass sie die Temperatur der Raumluft am Eingang und Ausgang des Wärmeaustauschers er fassen.