PL204811B1 - Termostatyczny układ regulacji temperatury - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest termostatyczny układ regulacji temperatury z pierwszym układem uruchamiającym i drugim układem uruchamiającym, z których każdy posiada geometrię przyłączową do mocowania na zaworze oraz komorę roboczą, przy czym komory robocze połączone są ze sobą za pomocą rurki kapilarnej.

Tego rodzaju układ regulacji temperatury znany jest z opisu patentowego DE 197 55 200 C2. Urządzenie nastawcze połączono za pomocą pierwszej rurki kapilarnej z czujnikiem zdalnym. Urządzenie nastawcze połączono też za pomocą drugiej rurki kapilarnej z komorą roboczą pierwszego układu uruchamiającego, który z kolei steruje zaworem grzejnikowym. Komorę roboczą pierwszego układu uruchamiającego połączono dodatkową rurką kapilarną z komorą roboczą drugiego układu uruchamiającego, który w znanym układzie steruje zaworem czynnika chłodzącego, do sterowania którym wymagana jest zmiana kierunku ruchu.

W przypadku zastosowania tego rodzaju układu regulacji temperatury w budynkach biurowych ze ściankami działowymi, których ustawienie jest zmienne, często występuje sytuacja, w której zmienia się podział piętra biurowego. Ponieważ czujnik zdalny i urządzenia nastawcze są z reguły mocowane do ścian, należy w tym przypadku zmieniać także umiejscowienie tych elementów.

Pociąga to za sobą konieczność zmiany ułożenia rurki kapilarnej, co utrudnia zmianę podziału piętra biurowego.

Celem wynalazku jest uproszczenie konstrukcji układu do regulacji temperatury.

W termostatycznym układzie regulacji temperatury według wynalazku zadanie to zostało rozwiązane w ten sposób, że pierwszy układ uruchamiający posiada element termostatyczny, współdziałający z napędem zaworowym i stanowiący czujnik zdalny drugiego układu uruchamiającego.

Układ regulacyjny tego typu zapewnia znaczne uproszczenie w stosunku do znanego układu regulacyjnego. Można tu zrezygnować z dodatkowego elementu konstrukcyjnego jakim jest zdalny czujnik. Ma to miejsce niezależnie od tego, czy czujnik zdalny umieszczony jest w urządzeniu nastawczym, czy też poza nim. Dodatkowa zaleta polega na tym, że pierwszy układ uruchamiający, który współdziała z napędem zaworowym, jest już w wielu przypadkach przymocowany do grzejnika, którego pozycja nie zmienia się nawet w przypadku zmiany podziału piętra biurowego poprzez zmianę ustawienia ścianek działowych. Dzięki temu nie jest wymagane przekładanie jednego końca rurki kapilarnej. Elementowi termostatycznemu przyporządkowano też drugie zadanie. Steruje on nie tylko napędem zaworowym, ale równocześnie służy jako czujnik zdalny drugiego układu uruchamiającego. Poprzez połączenie dwóch funkcji układ regulacyjny jest nie tylko bardziej ekonomiczny ale również prostszy w montażu.

Według wynalazku szczególnie korzystne jest przy tym to, że komorę roboczą pierwszego układu uruchamiającego ukształtowano w elemencie termostatycznym.

Inaczej mówiąc element termostatyczny działa bezpośrednio na napęd zaworowy tak, że pierwszy układ uruchamiający może bezpośrednio otwierać zawór grzejnikowy lub zawór czynnika chłodzącego, przy czym wewnętrzna konstrukcja układu uruchamiającego nie wymaga dodatkowej komory roboczej. Stanowi to dodatkowe uproszczenie konstrukcji układu regulacyjnego.

Korzystnie jest aby siła reakcji wywierana na pierwszy układ uruchamiający do momentu osiągnięcia ogranicznika była mniejsza niż siła reakcji drugiego układu uruchamiającego.

Takie ukształtowanie jest szczególnie korzystne wtedy, gdy oba układy uruchamiające sterują różnymi urządzeniami sterującymi temperaturą w pomieszczeniu. Na przykład jeżeli pierwszy układ uruchamiający steruje grzejnikiem, a drugi układ uruchamiający stropem chłodzącym, takie sterowanie pierwszym układem uruchamiającym aby zawór grzejnikowy otwierał się i grzejnik ogrzewał a jednocześnie takie sterowanie drugim układem uruchamiającym aby strop chłodzący chłodził, nie ma sensu. Dzięki temu, że element termostatyczny najpierw przesuwa pierwszy układ uruchamiający do oporu, czyli do chwili, w której zawór grzejnikowy będzie całkowicie zamknięty, a dopiero potem uruchamia się drugi układ uruchamiający, automatycznie zapewnia się, że nie wystąpi kolizja funkcji obu urządzeń regulacji temperatury. W tym przypadku konieczne jest jedynie, aby pierwszy układ uruchamiający po osiągnięciu ogranicznika został poddany oddziaływaniu znacznie większej siły reakcji tak, aby zwiększenie temperatury nie powodowało rozszerzania komory roboczej w elemencie termostatycznym, ale raczej otwarcie drugiego układu uruchamiającego. Z reguły ustawia się tu pasmo martwe o wielkości w zakresie od 0.5 do 5°C, zapewniające, że otwarcie obu urządzeń do regulacji temperatury nie nastąpi równocześnie. Można to osiągnąć poprzez wzajemne dopasowanie sprężyn.

PL 204 811 B1

Korzystne jest także zastosowanie, alternatywnie w stosunku do zaworu, konsoli mocującej bez funkcji zaworowych, do której zamocowany jest pierwszy układ uruchamiający.

Konsola mocująca tworzy w tym przypadku zaślepkę, czy też element, spełniający wyłącznie funkcję mocującą, bez wykonywania funkcji sterującej we właściwym tego słowa znaczeniu. W tym przypadku choć pierwszy układ uruchamiający działa wyłącznie jako czujnik zdalny drugiego układu uruchamiającego, nie ma konieczności jakiejkolwiek zmiany konstrukcji pierwszego układu uruchamiającego. Wymagane jest jedynie zdjęcie pierwszego układu uruchamiającego z zaworu i przymocowanie go do konsoli mocującej.

Korzystne jest przy tym to, że konsola mocująca posiada ogranicznik napędu zaworowego.

Ogranicznik zapewnia, że napęd zaworowy po przebyciu określonego odcinka nie przesunie się dalej, dzięki czemu zwiększanie temperatury w elemencie termostatycznym spowoduje wyłącznie uruchomienie zaworu przyporządkowanego do drugiego układu uruchamiającego.

Szczególnie korzystne jest to, że ogranicznik posiada możliwość regulacji.

Dzięki temu można wprowadzić wstępne ustawienie temperatury. W szczególności można skrócić lub wydłużyć odcinek, który musi pokonać napęd zaworowy, aby zetknąć się z ogranicznikiem. W ten sposób wstępnie ustawiana jest temperatura, przy której drugi układ uruchamiający może otworzyć przyporządkowany do niego zawór.

Korzystnie przynajmniej część rurki kapilarnej nawinięta jest na szpulę.

Dzięki temu można zastosować stosunkowo długie rurki kapilarne, co dodatkowo zwiększa elastyczność układu regulacyjnego. Jeśli pewna długość rurki kapilarnej nie będzie potrzebna, zostanie nawinięta na szpulę i nie będzie stanowić utrudnienia. Szpulę można umieścić w miejscu, gdzie panują korzystne warunki temperaturowe. Oddziaływania temperaturowe na rurkę kapilarną mają wtedy znaczenie podrzędne wobec funkcjonowania układu regulacyjnego.

Wynalazek opisano bliżej w dalszej części na podstawie korzystnego przykładu konstrukcji w połączeniu z rysunkiem, na którym:

fig. 1 przedstawia układ regulacji temperatury w pierwszym zastosowaniu, a fig. 2 przedstawia zmieniony układ regulacji temperatury w innym zastosowaniu.

Na rysunku fig. 1 pokazano termostatyczny układ regulacji temperatury 1 z pierwszym układem uruchamiającym 2, który połączono z zaworem grzejnikowym 3. Zawór grzejnikowy 3 posiada gniazdo zaworowe 4 o znanej konstrukcji, z którym współdziała element zaworowy 5, zamocowany na trzpieniu 6. Trzpień 6 obciążony jest sprężyną 7 działającą w kierunku otworu.

Pierwsze urządzenie uruchamiające 2 posiada element termostatyczny 8 z komorą roboczą 9, w której znajduje się wypełniacz zmieniający swoją objętość w zależności od temperatury. Element termostatyczny 8 ograniczono wewnątrz mieszkiem 10, w który wsunięto rurkę 11, tworzącą część napędu zaworowego.

Gdy temperatura w komorze roboczej 9 wzrasta, rurka 11 wypychana jest z elementu termostatycznego 8 w kierunku przeciwnym do kierunku działania siły sprężyny 7, przybliżając element zaworowy 5 do gniazda zaworowego 4, a tym samym dławiąc przepływ cieczy przez zawór grzejnikowy 3. Z reguły w układzie uruchamiającym 2 obecna jest też dodatkowa sprężyna (nieprzedstawiona na rysunku), która działa w tym samym kierunku co sprężyna 7 i wywiera siłę skierowaną przeciwnie do ruchu rurki 11. Gdy element zaworowy 5 przylega do gniazda zaworowego 4, dalszy ruch rurki 11 w kierunku gniazda zaworowego 3 nie jest możliwy. Pierwszy element uruchamiający 2 znajduje się zatem przy swego rodzaju ograniczniku.

Pierwszy element uruchamiający 2 posiada znany układ uruchamiający 12, który za pomocą odpowiedniej geometrii przyłączowej 13 współdziała z zaworem grzejnikowym 3. Ponieważ istnieje wiele znanych możliwości ukształtowania układu uruchamiającego 12 i geometrii przyłączowej 13, zrezygnowano tu z ich szczegółowego przedstawiania.

Drugi układ uruchamiający 14 służy do sterowania zaworem czynnika chłodzącego 15 i połączony jest z zaworem czynnika chłodzącego 15 za pomocą geometrii przyłączowej 28. Zawór czynnika chłodzącego 15 steruje dopływem czynnika chłodzącego do nieprzedstawionego bliżej stropu chłodzącego, za pomocą którego można obniżać temperaturę w danym pomieszczeniu.

Drugi układ uruchamiający 14 posiada komorę roboczą 16, zamkniętą mieszkiem 17. W mieszku znajduje się wypełniacz 18, zmniejszający wolną objętość komory roboczej 16 w zależności od temperatury. Mieszek współdziała z popychaczem 19, który za pomocą urządzenia nawrotnego 20 porusza popychaczem zaworowym 21. Gdy ciśnienie w komorze roboczej 16 wzrasta, popychacz zaworowy 21 otwiera szerzej zawór czynnika chłodzącego 15. Gdy ciśnienie w komorze zaworowej 16

PL 204 811 B1 maleje, zawór czynnika chłodzącego 15 zostaje zamknięty. Komora robocza 9 pierwszego układu uruchamiającego 2 oraz komora robocza 16 drugiego układu uruchamiającego 14 połączone są ze sobą za pomocą rurki kapilarnej 22. Rurkę kapilarną 22 tworzy elastyczny, pusty w środku przewód. Nadmiarowy odcinek rurki kapilarnej 22 nawinięty jest na szpulę 23.

Element termostatyczny 8 pierwszego układu uruchamiającego 2 spełnia dwa zadania. Po pierwsze steruje on zaworem grzejnikowym 3. Jak przedstawiono wyżej, zawór grzejnikowy 3 zamyka się stopniowo wraz ze wzrostem temperatury, aż do chwili gdy element zaworowy 5 przylgnie do gniazda zaworowego 4. Dalszy wzrost ciśnienia w komorze roboczej 9 pierwszego elementu uruchamiającego 2, wywołany wzrostem temperatury, zostanie przekazany do komory roboczej 16 drugiego układu uruchamiającego 14. Wzrost ciśnienia w komorze roboczej drugiego układu uruchamiającego 14 prowadzi do otwarcia zaworu czynnika chłodzącego 15. Czynnik chłodzący wpływający do stropu chłodzącego (lub innego urządzenia chłodzącego) powoduje obniżenie temperatury pomieszczenia, co jest rejestrowane przez element termostatyczny 8. Przy odpowiednim obniżeniu temperatury ciśnienie w komorze roboczej drugiego układu uruchamiającego 14 obniży się w takim stopniu, że zawór czynnika chłodzącego 15 zostanie ponownie zamknięty.

Pierwszy układ uruchamiający 2 posiada pokrętło 24, za pomocą którego można wprowadzić zadaną wartość temperatury elementu termostatycznego 8. Zatem nie jest wymagany dodatkowy element nastawczy, czy dodatkowy czujnik zdalny. Funkcję czujnika zdalnego drugiego układu uruchamiającego 14 można zrealizować wyłącznie za pomocą pojedynczej, bardziej lub mniej konwencjonalnej nasadki zaworu termostatycznego.

Na rysunku fig. 2 pokazano, że funkcję tą można uzyskać również wtedy, gdy pierwszy układ uruchamiający 2 nie jest zainstalowany przy zaworze grzejnikowym 3.

Na rysunku fig. 2 pierwszy układ uruchamiający 2 umieszczono na konsoli 25, która służy wyłącznie do mocowania i wspierania pierwszego układu uruchamiającego 2. Konsola 25 posiada schematycznie przedstawioną geometrię przyłączową 26, która odpowiada geometrii przyłączowej 13 zaworu grzejnikowego 3. Jak schematycznie zaznaczono do konsoli 25 można dodatkowo przymocować ogranicznik 27, na który działa napęd zaworowy 11. Jeśli ogranicznik 27 będzie posiadał możliwość regulacji, tak aby można było zmieniać jego odległość od konsoli 25, można dość dokładnie ustawić wstępną temperaturę, przy której pierwszy układ uruchamiający 2 dojdzie do ogranicznika, czyli temperaturę powyżej której automatycznie sterowany będzie drugi układ uruchamiający 14', przedstawiony na rysunku fig. 2 na dole. Przestawianie ogranicznika 27 może odbywać się na przykład za pomocą małego silniczka elektrycznego, ponieważ w tym przypadku średnica i moment obrotowy są bardzo małe. Można w ten sposób uzyskać odpowiednią regulację temperatury na przykład nocne obniżenie temperatury. Oczywiście pierwszy układ uruchamiający 2 można połączyć zarówno z zaworem czynnika chłodzącego 15, jak przedstawiono na rysunku fig. 1, jak również z innym zaworem, na przykład zaworem grzejnikowym 3], jak przedstawiono to na rysunku fig. 2. Także i w tym przypadku nie jest wymagany żaden dodatkowy element konstrukcyjny. Ustalanie wartości zadanej temperatury dla drugiego zaworu grzejnikowego 3] odbywa się za pomocą pierwszego układu uruchamiającego 2.

Szpulę 23 rurki kapilarnej 22 umieszcza się w miejscu, w którym występuje jak najmniejsze oddziaływanie temperatury, możliwie mało odbiegające od obciążenia elementu termicznego 8. Powoduje to, że zakłócenia spowodowane oddziaływaniem temperatury wyłącznie na rurkę kapilarną 22, a nie na element termostatyczny 8, są małe.

Układ regulacji temperatury według wynalazku ułatwia zmianę wystroju pomieszczeń biurowych za pomocą elastycznych konstrukcji ściennych. Pierwszy układ uruchamiający 2 pozostaje w większości przypadków przy grzejniku nie tylko sterując grzejnikiem, ale służąc również jako czujnik zdalny innych zaworów. Jednostkę 14 można oczywiście zastosować także jako czujnik zdalny. W przypadku konieczności usunięcia czujnika zdalnego z grzejnika, można zastosować konsolę 25. Konsola 25 może być zamocowana w prawie każdym miejscu pomieszczenia, przykładowo na ścianie i służy do mocowania układu uruchamiającego 2.

Prezentowaną konstrukcję można zmieniać w rozmaity sposób. Można na przykład zainstalować więcej niż dwa układy uruchamiające. W tym przypadku poszczególne komory robocze 9, 16 połączone będą ze sobą za pomocą dodatkowych, nie przedstawionych w szczegółach rurek kapilarnych.

Za pomocą pierwszego układu uruchamiającego można również sterować zaworem czynnika chłodzącego, a za pomocą drugiego układu uruchamiającego zaworem grzejnikowym.

Rurka kapilarna wychodząca z komory roboczej 9 elementu termicznego 8, może mieć stosunkowo dużą długość przekraczającą nawet 10 m, ponieważ komora robocza 9 w elemencie termicznym 8

PL 204 811 B1 ma względnie dużą pojemność. Dzięki temu zmiany temperatury powodują stosunkowo duże rozszerzenie pojemności elementu termicznego 8. Pokazana na rysunku fig. 2 konstrukcja może oczywiście służyć do sterowania zaworem czynnika chłodzącego, przykładowo zaworem pokazanym na rysunku fig. 1 na dole, czyli zaworem z funkcją odwrotną, jak również zaworem bez funkcji odwrotnej.

Claims (7)

1. Termostatyczny układ regulacji temperatury z pierwszym układem uruchamiającym i drugim układem uruchamiającym, z których każdy posiada geometrię przyłączową do mocowania na zaworze oraz komorę roboczą, przy czym komory robocze połączone są ze sobą za pomocą rurki kapilarnej, znamienny tym, że pierwszy układ uruchamiający (2) posiada element termostatyczny (8) współdziałający z napędem zaworowym (11) i stanowiący czujnik zdalny drugiego układu uruchamiającego (14, 14').

2. Układ regulacyjny według zastrz. 1, znamienny tym, że komora robocza (9) pierwszego układu uruchamiającego (2) znajduje się w elemencie termostatycznym (8).

3. Układ regulacyjny według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że siła reakcji (7) wywierana na pierwszy układ uruchamiający (2) do momentu osiągnięcia ogranicznika (4) jest mniejsza niż siła reakcji drugiego układu uruchamiającego (14, 14').

4. Układ regulacyjny według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że ma, alternatywnie wobec zaworu (3), konsolę mocującą (25) bez funkcji zaworowych, do której zamocowany jest pierwszy układ uruchamiający (2).

5. Układ regulacyjny według zastrz. 4, znamienny tym, że konsola mocująca (25) posiada ogranicznik (27) napędu zaworowego (11).

6. Układ regulacyjny według zastrz. 5, znamienny tym, że ogranicznik (27) posiada możliwość regulacji.

7. Układ regulacyjny według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, znamienny tym, że przynajmniej część rurki kapilarnej (22) nawinięta jest na szpulę (23).