Elektrisch betätigtes Ventil Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisch betätigtes Ventil mit einem in einem abgeschlossenen Raum befindlichen Steuermediumin Form eines Nass- dampfmediums, welches in einem vorgegebenen Temperaturbereich im Nassdampfzustand verharrt und auf ein unter Federdrück stehendes, bewegliches Ventilorgan einwirkt und dieses in Abhängigkeit von seinem Druck einstellt. Das Nassdampfmedium wird dabei beispielsweise in Abhängigkeit von einer Tem peratur elektrisch beheizt.
Ventile dieser Art sind bekannt und dienen in erster Linie dazu, ein Medium in Abhängigkeit von einer physikalischen Zustandsgrösse zu steuern. Die Ventile werden beispielsweise dazu verwendet, einen Wasserstrorn auf einer konstanten oder einstellbaren Temperatur zu halten.
Der das Nassdampfmedium heizende Strom kann dabei üi der Abhängigkeit von der Temperatur des Wasserstromes ein- bzw. aus- geschaltet CY werden, und das bewegliche Ventilorgan den Zuflu#ss von kaltem oder warmem Wasser regeln-.
Bei einem bekannten Ventil der beschriebenen Bauart ist ein wärmeisolierter Behälter vorgesehen" der von einem Heizdraht zur Erwärmung des in dem Behälter befindlichen Steuermediums umschilun- gen ist. Wenn nun beispielsweise die Solltemperatur des Wasserstromes herabgesetzt werden soll, muss die Temperatur des Nassdampfmediums abnehmen, damit auch die auf das bewegliche Ventilorgan bzw. die der Feder entgegenwirkende Kraft abnimmt.
In folge der Tatsache, dass vor dem Nassdampfmedium sich der den Behälter umgebende Heizkörper sowie dieser Behälter selbst abkühlen muss, ist die Wärme ableitung zunächst sehr gering, so dass die Temperatur des Arbeitsmediumsnur langsam abnimmt und die ge wünschte Temperaturänderung erst nach einer erheb lichen Zeitspanne stattfindet. Diese grosse Zeitkon- stante ist für viele Anwendungen nachteilhaft und ver hindert oft, dass sich ein Gleichgewicht einstellt.
Das Ventil gemäss der vorliegenden Erfindung vermeidet diesen Nachteil weitgehend. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Beheizung des Steuer mediums ein elektrischer Wid-erstandserhitzer in dem erwähnten Raum vorgesehen ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung dieses Ventils zur ternperaturabhängigen Rücklauf- steuerung bei Warmwasserheizungen.
Die Erfindung soll anschliessend beispielsweise anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Im einzelnen zeigt: Fig. <B>1</B> einen Längsschnitt durch ein elektrisch be tätigtes Ventil" Fig. 2 eine Seitenansicht eines Teils des in Fig. <B>1</B> dargestellten Ventils und Fig. <B>3</B> eine schematische Darstellung einer Warm wasserheizung.
Bei dem in Fig. <B>1</B> dargestellten Ventil ist an einer Bodenplatte<B>1</B> beispielsweise mittels dreier Streben 2, von denen in Fig. <B>1</B> nur eine eingezeich net ist, ein Aufsatzteil<B>3</B> in -einstellbarem Abstand befestigt. An diesem Aufsatzteill <B>3</B> ist ein, Zylinder 4 befestigt, in welchem ein Kolben<B>5</B> längsverschieblich angeordnet ist. Der Kolben<B>5</B> ist beispielsweise mit tels eines Dichitungsringes <B>6</B> gegen den Zylinder ab gedichtet. Der obere Abschluss des Zylinders 4 wird von einer perforierten Platte<B>7</B> gebildet.
An den Zylinder 4 schliesst sich ein, Behälter<B>8</B> an, der durch eine Membran<B>9</B> in zwei Teile auf geteilt ist. Die Membran ist vorzugsweise in der Mitte verstärkt und nur am Rande elastisch, wobei dieser Rand, wie bei<B>10</B> aus der Zeichnung zu ersehen ist, walstartig ausgebildet ist. Bei einer in der Dar- Stellung senkrechten Bewegung der Membran rollt sich dIer Wulst<B>10</B> ab. Vorzugsweise ist der Wulst<B>10</B> aus einzelnen flexiblen metallischen Streifen gebildet, wobei die Zwischenräume zwischen den Streifen durch eine Lage eines flexiblen Materials, beispielsweise <I>C</I> Gummi, abgedichtet sind.
Oberhalb der Membran<B>9</B> befindet sich in einem ,geschlossenen Raum des Behälters<B>8</B> ein elektrischer Widerstand<B>11,</B> der an Zuführungsstifte 12 und<B>13</B> angeschlossen ist und durch diese gehalten wird. Der vorgenannte, oberhalb der Membran<B>9</B> befindlich#e Raum ist mit einer Flüssigkeit und darüber mit von dieser Flüssigkeit gebildetem Dampf gefüllt, der in Abhängigkeit von seiner Temperatur einen mehr oder weniger starken Druck auf die Membran<B>9</B> aus übt. Dank der Flüssigkeit bleibt der Dampf in einem vorbestimmten Temperaturbereich, im Nassdampf- zustand.
Der Teil raum unterhalb der Membran<B>9</B> ist bei spielsweise mit Wasser gefüllt und dient dazu, den Druck von der Membran auf den Kolben<B>5</B> zu, über tragen. Durch die beschriebene Anordnung wird erreicht, dass das Nassdampfmedium, beispielsweise ein Fluorchlorkohlenwasserstoff, nicht durch eine Undichtigkeit des Kolbens entweichen kann.
Durch die Bodenplatte<B>1</B> istein Stift<B>15</B> gefüh#rt, welcher an seinem oberen Ende mit einem Feder teller<B>16</B> fest verbunden ist. Eine Feder<B>17</B> stützt sich an dem Teller<B>16</B> und an der Bodenplatte<B>1</B> derart ab, dass der Teller<B>16</B> nach oben gedrückt wird.
Zwischen dem Kolben<B>5</B> und dem Teller<B>16</B> be findet sich ein Zwischenstück<B>18.</B> Der Kolben<B>5,</B> der Teller<B>16</B> und das Zwischenstück<B>18</B> nehmen somit jeweils,eine Lage ein, die dem Gleichgewichtszustand zwischen dem Druck des Nassdampfmediurns und der Feder entspricht.
An das Zwischenstück<B>18</B> ist ein Arm 20 an geschlossen, der beispielsweise bei 21 drehbar an einer Strebe 2 befestigt ist. Nach rechts in bezug auf die Fig. <B>1</B> läuft der Arm 20 in einen Handgriff<B>19</B> aus. In demAussengehäuse23 derVorrichtung sind, wie auch aus Fig. 2 zu ersehen ist, drei seitlich von einem Län,o",sseW1 itz 24 abzweigende Ausbuchtungen<B>25</B> vorgesehen, mit denen der Arm 20 in entsprechenden Stellungen arretiert werden kann. Wenn somit die elektrische Steueranlage aus irgendeinem Grunde ausfallen sollte, kann das Ventil ohne weiteres auch von Hand eingestellt werden.
Der Stift<B>15</B> erstreckt sich durch die Boden platte hindurch und trägt ein beispielsweise aus zwei Ventiltellern<B>26</B> und<B>27</B> gebildetes, bewegliches Ventilorgan. An der Unterseite der Bodenplatte<B>1</B> ist ein Ventilkörper<B>28</B> mit einem Zufluss <B>29</B> und zwei Abflüssen<B>30</B> und<B>31</B> befestigt.
Der Ventilkörper <B>28</B> ist so ausgebildet, dass in einer Extremstell-ung des Stiftes<B>15</B> der Teller<B>27</B> den Abfluss <B>31</B> absperrt, so dass das in den Zufluss <B>29</B> einströmende, Medium nur zu dem Abfluss <B>30</B> gelangen kann, während in der anderen Extremstellung der Teller<B>26</B> den Abfluss <B>30</B> abschliesst, so dass das gesamte Medium in den Abfluss <B>31</B> gelangt. Während des Betriebes des Ventils wird durch den Widerstand<B>11</B> ein mehr oder weniger grosser Strom geschickt.
Der Widerstand erwärmt entspre chend das in dem Behälter<B>8</B> b#efindliche Arbeits medium. Gleichzeitig fliesst jedoch Wärme vom Be hälter<B>8</B> ab. Damit die Aussenseite des Behälters von der umgebenden Luft gut gekühlt wird, können in dem Gehäuse<B>23</B> Fenster 23a voraesehen sein, die einen freien Luftaustausch mit der Umgebung er möglichen. Bereits nach relativ kurzer Zeit hat sich ein Gleichgewichtszustand eingestellt, das heisst die durch den Widerstand<B>11</B> zugefüh#rte Wärmemen.ge ist gleich der Wärmemenge, die durch die Wände des Raumes<B>8</B> abgegeben wird.
Die diesem Gleich gewichtszustand entsprechende Temperatur ist mass gebend für den Druck, der über die Membran<B>9,</B> den Kolben<B>5</B> und das Zwischenstück<B>18</B> auf den Stift<B>15</B> übertragen wird. Bei Erhöhung des Stromes durch den Widerstand<B>11</B> steigt somit auch die der Feder<B>17</B> entgegenwirkende Kraft. Bei Verminde rung des Stromes wird von der Aussenseite des Be hälters<B>8</B> kurzzeitig mehr Wärme abgegeben, als durch den Widerstand zugeführt wird#, so dass die Temperatur des Arbeitsmediums in dem Behälter<B>8</B> abnimmt. Infolge der guten Kühlung der Aussenseite des Behälters<B>8</B> ist die erforderliche Zeitspanne bis zur Herstellung eines neuen Gleichgewichtszustandes relativ kurz.
Das beschriebene, elektrisch gesteuerte Ventil eignet sich insbesondere für thermostatische Steue- rung ,en, wobei dann der den Widerstand 11 erwär- mende Strom in Abhängigkeit von einer Temperatur gesteuert wird.
Infolge der Erwärmung vom Inneren des das Arbeitsmedium enthaltenden Raumes her und infolge der guten AbkiiWung der Aussenseite des Be hälters durch die umgebende Luft stellt sich relativ schnell ein Gleichgewichtszustand ein. Nach welcher Zeit sich dieser Gleichgewichtszustand einstellt, hängt im Einzelfall jedoch auch von der Zeitkonstante ab, mit der die gesteuerte Grösse auf den den Strom in dem Widerstand<B>11</B> steuernden Temperatu#rfühler einwirkt. In Fig. <B>3</B> ist das Schema einer Warmwasselrheizung gezeigt, wobei ein thermostatische Steuerung mittels des in den Fig. <B>1</B> und 2 gezeigten Ventils erfolgt.
Das heisse Wasser verlässt den Heizkessel 40 über eine Leitung 41 und gelangt zu Heizkörpern 42, von wo es zu einer Pumpe 43 fliesst. Von hier gelangt das Wasser über die auch in Fig. <B>1</B> mit<B>29</B> bezeichnete Zufl-ussleitung zu dem hier mit 44 bezeichneten Ventil. In einem von der augenblicklichen Temperatur des Nassdampfmediums gegebenen Verhältnis gelangt ein mehr oder weniger grosser Teil des Wassers zur Erwärmung über die Abflussleitung <B>30</B> in den Kessel zumrück oder über die Abflussleitung <B>31</B> direkt zu, der Leitung 41 und von dieser zu den Heizkörpern 42 zurück.
Je grösser die in den Heizkessel 40 s#trö- mende Wassermenge isst, um so wärmer ist das den Heizkörpern 42 zufliessende Wasser u#ndl: um so mehr Wärme geben diese ab. Ein einstellbarer Temperaturfühleir <B>32</B> reguliert den von einer Stromquelle<B>33</B> stammenden und durch den Widerstand<B>11</B> (Fig. <B>1)</B> fliessenden Strom. Der Temperaturfühler<B>32</B> kann als Bimetallkontakt oder als temperaturabhängiger Widerstand ausgebildet sein.
Bei Ansteigen beispielsweise der Aussenterape'ratur erwärmt sich der Temperaturfühler<B>32,</B> so dass auch der Strom durch den Widerstand<B>11</B> abnimmt. Hier durch nimmt der Druck des Na#ssdampfmed#iums ab, wodurch<B>die</B> Ventilteller<B>26</B> und<B>27</B> anheben. Es ge langt als Folge hiervon ein grösserer Prozentsatz des von der Pumpe 43 kommenden Wassers zu der Ab- flussleituno, <B>3 1,</B> so dass die Heizkörper weniger Warme, erhalten bzw. abgeben.
Sinkt die Temperatur des Fühlers<B>32,</B> erhöht sich infolge stärkerer Wärme abgabe des Widerstandes<B>11</B> der Druck des Nass- dampfmediums, so dass der Kolben<B>5</B> herabgedrückt wird und mehr Wasser zu dem Heizkessel zurück gelangt.
Electrically operated valve The present invention relates to an electrically operated valve with a control medium in the form of a wet steam medium located in a closed space, which remains in a predetermined temperature range in the wet steam state and acts on a movable valve member under spring pressure and this depending on its pressure adjusts. The wet steam medium is heated electrically depending on a temperature, for example.
Valves of this type are known and are primarily used to control a medium as a function of a physical state variable. The valves are used, for example, to keep a flow of water at a constant or adjustable temperature.
The stream heating the wet steam medium can be switched on or off depending on the temperature of the water stream, and the movable valve element can regulate the inflow of cold or warm water.
In a known valve of the type described, a heat-insulated container is provided, which is wrapped in a heating wire for heating the control medium in the container the decreasing force acting on the movable valve member or the force acting against the spring.
Due to the fact that the heating element surrounding the container and this container itself have to cool down before the wet steam medium, the heat dissipation is initially very low, so that the temperature of the working medium only decreases slowly and the desired temperature change only takes place after a considerable period of time . This large time constant is disadvantageous for many applications and often prevents an equilibrium from being established.
The valve according to the present invention largely avoids this disadvantage. It is characterized in that an electrical resistance heater is provided in the space mentioned to heat the control medium.
The invention also relates to the use of this valve for temperature-dependent return control in hot water heating systems.
The invention will then be explained in more detail, for example, with reference to the accompanying drawings. In detail: FIG. 1 shows a longitudinal section through an electrically operated valve, FIG. 2 shows a side view of part of the valve shown in FIG. 1 and FIG 3 A schematic representation of a hot water heating system.
In the valve shown in FIG. 1, on a base plate, for example, three struts 2, only one of which is shown in FIG. 1 is attached, an attachment <B> 3 </B> at an adjustable distance. A cylinder 4, in which a piston <B> 5 </B> is arranged to be longitudinally displaceable, is attached to this attachment part <B> 3 </B>. The piston <B> 5 </B> is sealed against the cylinder by means of a sealing ring <B> 6 </B>, for example. The upper end of the cylinder 4 is formed by a perforated plate <B> 7 </B>.
The cylinder 4 is followed by a container <B> 8 </B>, which is divided into two parts by a membrane <B> 9 </B>. The membrane is preferably reinforced in the middle and only elastic at the edge, this edge being whale-like, as can be seen at <B> 10 </B> in the drawing. When the membrane moves vertically in the representation, the bead <B> 10 </B> rolls off. Preferably, the bead <B> 10 </B> is formed from individual flexible metallic strips, the spaces between the strips being sealed by a layer of a flexible material, for example <I> C </I> rubber.
Above the membrane <B> 9 </B>, in a closed space of the container <B> 8 </B>, there is an electrical resistor <B> 11 </B> on the feed pins 12 and <B> 13 < / B> is connected and held by it. The aforementioned space, located above the membrane <B> 9 </B>, is filled with a liquid and above it with vapor formed by this liquid, which, depending on its temperature, exerts a more or less strong pressure on the membrane 9 exercises. Thanks to the liquid, the steam remains in a predetermined temperature range, in the wet steam state.
The partial space below the membrane <B> 9 </B> is filled with water, for example, and is used to transfer the pressure from the membrane to the piston <B> 5 </B>. The arrangement described ensures that the wet steam medium, for example a chlorofluorocarbon, cannot escape through a leak in the piston.
A pin <B> 15 </B> is guided through the base plate <B> 1 </B>, which is firmly connected at its upper end to a spring plate <B> 16 </B>. A spring <B> 17 </B> is supported on the plate <B> 16 </B> and on the base plate <B> 1 </B> in such a way that the plate <B> 16 </B> follows is pressed up.
Between the piston <B> 5 </B> and the plate <B> 16 </B> there is an intermediate piece <B> 18. </B> The piston <B> 5 </B> the plate < B> 16 </B> and the intermediate piece <B> 18 </B> thus each occupy a position which corresponds to the state of equilibrium between the pressure of the wet steam medium and the spring.
An arm 20 is closed on the intermediate piece 18, which arm is fastened to a strut 2 such that it can rotate, for example at 21. To the right with respect to FIG. 1, the arm 20 ends in a handle <B> 19 </B>. In the outer housing 23 of the device, as can also be seen from FIG. 2, three bulges 25 branching off laterally from a length, o ", sseW1 itz, are provided, with which the arm 20 can be locked in corresponding positions Thus, if the electrical control system should fail for any reason, the valve can easily be adjusted by hand.
The pin <B> 15 </B> extends through the base plate and carries a movable valve element formed, for example, from two valve disks <B> 26 </B> and <B> 27 </B>. On the underside of the base plate <B> 1 </B> is a valve body <B> 28 </B> with an inlet <B> 29 </B> and two outlets <B> 30 </B> and <B> 31 </B> attached.
The valve body <B> 28 </B> is designed such that in an extreme position of the pin <B> 15 </B> the plate <B> 27 </B> has the drain <B> 31 </B> so that the medium flowing into the inflow <B> 29 </B> can only get to the outflow <B> 30 </B>, while in the other extreme position the plate <B> 26 </B> denotes Drain <B> 30 </B> closes off, so that all of the medium enters the drain <B> 31 </B>. During the operation of the valve, a more or less large current is sent through the resistor 11.
The resistor heats the working medium in the container 8 accordingly. At the same time, however, heat flows away from the container <B> 8 </B>. So that the outside of the container is well cooled by the surrounding air, windows 23a can be provided in the housing, which allow a free exchange of air with the environment. A state of equilibrium has already been established after a relatively short period of time, i.e. the amount of heat supplied by the resistor <B> 11 </B> is equal to the amount of heat that is passed through the walls of the room <B> 8 </B> is delivered.
The temperature corresponding to this equilibrium state is decisive for the pressure that is exerted on the pin via the membrane <B> 9 </B> the piston <B> 5 </B> and the intermediate piece <B> 18 </B> <B> 15 </B> is transmitted. When the current through the resistor <B> 11 </B> increases, the force counteracting the spring <B> 17 </B> also increases. When the current is reduced, the outside of the container <B> 8 </B> briefly emits more heat than is supplied by the resistor, so that the temperature of the working medium in the container <B> 8 </B> decreases. As a result of the good cooling of the outside of the container <B> 8 </B>, the period of time required to establish a new state of equilibrium is relatively short.
The described, electrically controlled valve is particularly suitable for thermostatic control, in which case the current heating the resistor 11 is controlled as a function of a temperature.
As a result of the heating from the inside of the space containing the working medium and as a result of the good cooling of the outside of the container by the surrounding air, a state of equilibrium is established relatively quickly. The time after which this state of equilibrium is established, however, also depends in the individual case on the time constant with which the controlled variable acts on the temperature sensor controlling the current in the resistor 11. FIG. 3 shows the scheme of a hot water heater, with thermostatic control taking place by means of the valve shown in FIGS. 1 and 2.
The hot water leaves the boiler 40 via a line 41 and arrives at radiators 42, from where it flows to a pump 43. From here the water arrives via the inflow line, also designated in FIG. 1 with 29, to the valve designated here with 44. In a ratio given by the current temperature of the wet steam medium, a more or less large part of the water for heating is returned to the boiler via the drain line <B> 30 </B> or directly to the boiler via the drain line <B> 31 </B> , the line 41 and from this to the radiators 42 back.
The larger the amount of water flowing into the boiler 40 s # eats, the warmer the water flowing into the heating elements 42 is and the more heat they give off. An adjustable temperature sensor <B> 32 </B> regulates the temperature coming from a power source <B> 33 </B> and flowing through the resistor <B> 11 </B> (Fig. <B> 1) </B> Electricity. The temperature sensor <B> 32 </B> can be designed as a bimetal contact or as a temperature-dependent resistor.
When the outside temperature rises, for example, the temperature sensor <B> 32 </B> heats up so that the current through the resistor 11 also decreases. This causes the pressure of the steam medium to decrease, causing <B> the </B> valve disks <B> 26 </B> and <B> 27 </B> to lift. As a consequence of this, a larger percentage of the water coming from the pump 43 reaches the drainage line, <B> 3 1, </B> so that the radiators receive or give off less heat.
If the temperature of the sensor <B> 32 </B> falls, the pressure of the wet steam medium increases as a result of the greater heat dissipation of the resistor <B> 11 </B>, so that the piston <B> 5 </B> is pressed down and more water is returned to the boiler.