CN102460334B

CN102460334B - 阀装置

Info

Publication number: CN102460334B
Application number: CN201080032999.8A
Authority: CN
Inventors: J.E.托尔森; A.贝诺尼森; T.扎加尔
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 2009-05-26
Filing date: 2010-05-26
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2030-05-26
Also published as: WO2010145656A3; EP2435887A2; WO2010145656A2; RU2495474C2; RU2495474C9; CN102460334A; EP2435887B1; DE102009022640A1; RU2011152301A

Abstract

本发明涉及阀装置(1)，其具有阀(2)和阀促动装置，阀(2)控制传热介质通过热交换器装置的流动，热交换器装置包括主侧和副侧(11)，阀促动装置包括恒温元件(6)，由副侧(11)上的温度对恒温元件(6)起作用且能由温度和/或压力影响装置(14)对恒温元件(6)起作用。本发明力图以快速反应实现良好控制行为。为此目的，温度和/或压力影响装置(14)能受到可从阀(2)或热交换器装置获得的物理值影响。

Description

阀装置

技术领域

本发明涉及阀装置，其具有阀和阀促动装置，该阀控制传热介质通过热交换器装置的流动，热交换器装置包括主侧和副侧，阀促动装置包括恒温元件，由副侧上的温度对该恒温元件起作用且能由温度和/或压力影响装置对该恒温元件起作用。

背景技术

这种阀装置例如从DE 2421 810 Al已知。此处，阀为散热器阀。为了获得夜间恒温器(night setback)，由加热装置来加热该恒温元件。加热装置作用于该阀的外壳上，热空气从外壳到达该恒温元件。

DE 33 11 4 93 Al示出一种阀装置，其总是被制成散热器阀。此处，提供恒温元件，其并不受室温直接影响而是受到电加热元件影响。加热元件受到PI-控制器控制，PI-控制器连接到具有所需值设置的温度传感器。

DE 38 21 813 C1公开了一种恒温阀，其适合用于加热系统，其中，恒温元件的有效体积能由促动装置改变以实现夜晚恒温器，夜晚恒温器仅在调整过程中需要能量。

对控制传热流体流动的阀使用恒温元件来控制证明是有价值的。在下文被称作“恒温阀”的阀不仅可结合用作散热器的热交换器应用，而且也结合用于自来水加热器的热交换器应用。在这种自来水加热器中，例如从小区加热设施或加热系统供应主侧。

恒温阀形成控制回路的部分。就此而言，恒温元件具有其对于由外部影响所造成的变化(例如环境温度的变化)相对快速反应的优点。举例而言，在房间中的温度不仅能由于自散热器散热而改变，而且也由于太阳辐射或房间中大量人而改变。

恒温元件的缺点在于它们具有基本上成比例的控制行为的事实。这造成在大部分情况下，保持控制偏差，即，预定所需温度值与实际获得的标称值出现误差。

也能以不同方式来控制阀，例如，利用马达。但是，马达通常具有其反应相对较慢的缺点。可能利用较大马达来获得快速反应。除了将常常不提供所需速度的事实之外，马达也具有昂贵且需要相对较大空间的缺点。

发明内容

本发明是基于提供具有快速反应的良好控制行为的任务。

利用在介绍中所提到的阀装置，解决了这个任务，因为温度和/或压力影响装置能受到可从阀或热交换器装置获得的物理值影响。

因此，恒温元件不仅受到副侧上的温度控制。这将会导致由P控制特征所造成的恒定控制偏差。相反，还影响到恒温元件的效果，因为改变了恒温元件中主导的压力和/或温度。这种改变并非受时间控制以造成夜晚恒温器或者再次增加所需值用于白天温度。相反，影响的目的是为了改变恒温元件的控制特征，这是由于物理参数的原因，其变化因此能考虑在内。

优选地，提供控制装置来检测在阀处的控制偏差且根据控制偏差来控制温度和/或压力影响装置。此实施例能使得整体构件流动受控制。根据控制装置的工作方法，在某些情形下能使得差分构件流动受控制。因此，能实现PI控制或甚至PID控制。这种控制所需的物理值能在阀或热交换器装置处检测，而没有问题。

举例而言，可提供压力传感器来检测在恒温元件中的压力。温度和/或压力影响装置对于恒温元件中的压力做出反应。比较这个实际压力与所需压力，所需压力应与热交换器装置副侧上主导的温度相关。当实际压力并不对应于所需压力时，启用温度和/或压力影响装置且改变恒温元件中的压力直到实现了更好的相关性。即使经常并不能实现两个压力之间的完全相关性，基本上证实了恒温元件的控制特征。

还提出阀具有阀杆且杆传感器确定杆的位置，温度和/或压力影响装置对杆移位做出反应。而且此处，杆移位，即，阀元件相对于阀座的实际位置能进行校正以获得在副侧的实际温度与所需温度之间更好的相关性。

可提供检测实际温度的热交换器装置副侧上的温度传感器和检测实际温度与所需温度之间差异的比较器，温度和/或压力影响装置对该差异做出反应。当恒温元件已经配备了远程传感器时，额外地向远程传感器提供温度传感器。温度和/或压力影响装置然后也作用于恒温元件上，且目的是为了减小控制偏差。

优选地，恒温元件具有连接件，连接件通往外部，额外罐连接到该连接件，温度和/或压力影响装置作用于该额外罐上。由于多种原因，这个实施例可为有利的。例如在散热器恒温阀顶部内的可用空间不足以容纳该温度和/或压力影响装置的情况下，可有利地将温度和/或压力影响装置定位于不同位置。额外罐的另一优点在于此处可提供更大的工作介质体积，其大小随着温度变化而改变。利用温度和/或压力影响装置，即使较小的压力或温度变化可允许对恒温元件造成较大影响。

优选地，温度和/或压力影响装置能以供应热的状态或吸热的状态操作。因此，当吸热时温度和/或压力影响装置能冷却该恒温元件或者当供应热时温度和/或压力影响装置能加热该恒温元件。这提供影响恒温元件的额外机会。

特别优选地，温度和/或压力影响装置包括珀尔贴元件。珀尔贴元件能加热或冷却，两种功能都利用供应到珀尔贴元件的相对应的电流而容易地设置。

在一特别优选的实施例中，提出热交换器装置制成自来水加热器，其具有在主侧上的主入口和主出口和在副侧上的副入口和副出口，由此能从副出口接出升高温度的自来水。自来水的温度由温度传感器在副出口处检测。此温度然后控制该阀，该阀布置于主侧，在主入口中或主出口中。对于自来水加热器，在热水的接出过程的开始时出现相对较大的温度变化。这些温度变化能利用恒温元件相对快速地平衡。此外，温度和/或压力影响装置有利地用于减小永久控制偏差。

优选地，温度和/或压力影响装置受到主入口处的温度影响。然后此温度为在热交换器装置处的物理值，利用它来减小控制偏差。

在一特别优选的实施例中，提出温度和/或压力影响装置包括在主入口与恒温元件之间的热传导连接件。然后自主入口的温度实际上通过热传导连接件而直接转移到恒温元件。以此相对简单的方式，确保了阀获得改进的阀行为。

优选地，热传导连接件由金属丝(特别地铜)制成，其与主入口和恒温元件进行热传导接触。在最简单的情况下，金属丝能绕主入口缠绕若干次且也绕恒温元件缠绕若干次。当使用铜或具有同样良好热传导性质的金属时，能以简单方式实现优良的控制行为。

在替代或额外实施例中，热传导连接件能为管，特别地为连接到主入口的毛细管。在此情况下，使用热交换器上的压差来驱动流体通过该管，因此运输热。

附图说明

在下文中，结合附图基于优选实施例对本发明展开描述，附图示出：

图1为阀装置的示意图；

图2为带有阀装置的热交换器装置；

图2a为图2中的热交换器装置的修改的实施例；

图3为解释阀的打开行为的示意图；

图4为解释修改的打开行为的示意图；

图5为根据图1的修改的实施例；以及

图6为另一热交换器装置。

具体实施方式

根据图1的阀装置1具有阀2，阀2具有阀元件3和阀座4。阀元件3固定到阀杆5上。阀杆5由恒温元件6促动。在恒温元件6中布置工作介质7，工作介质7的体积随着温度改变。工作介质7可为液体或气态或者流体与气体的混合物。其可为固体物质，诸如蜡。吸收介质也是可能的。不同工作介质的当前清单不应认为是全部的。

打开弹簧8以远离阀座4的一定力作用于阀元件3上。在恒温元件6中的压力在关闭方向中抵抗打开弹簧的力。

阀2控制传热介质从入口9向出口10的流动，出口10以未详细示出的方式连接到热交换器，例如散热器或自来水加热器。根据图1的实施例的下文描述假定此散热器加热房间11，在房间11中布置远程传感器12，远程传感器12由毛细管13连接到恒温元件6。当房间11中的温度升高时，在远程传感器12中的工作介质7膨胀且通过毛细管13移位到恒温元件6内。因此，在恒温元件内的体积膨胀使得阀杆5接近阀元件3进一步朝向阀座4且节流传热流体到热交换器内的入口。因此，房间11中的温度不再进一步升高或甚至降低。当房间11中的温度降低时，在远程传感器12中的工作介质7的体积减小，使得打开弹簧8能使阀元件3再次远离阀座4移动。因此，传热流体的入口增加。

当恒温元件6位于房间11中时，常常不需要远程传感器12。

这种恒温元件作为比例控制(P控制)工作。这种P控制具有永久控制偏差。

为了减小这种永久控制偏差，提供温度和/或压力影响装置14来作用于恒温元件6上或者提供经由管15连接到恒温元件6的额外罐16。额外罐16也包含工作介质7。

额外罐16连接到珀尔贴元件17，珀尔贴元件17受到控制装置18控制。珀尔贴元件17能在供应热时加热额外罐16和在吸热时冷却额外罐16。珀尔贴元件17也可放置于中立状态，其中，其既不从额外罐16吸热也不向额外罐16供应热。

误差F对控制装置18起作用，此处示意性地示出。通常，此误差为由恒温元件6造成的控制偏差。存在证实误差F的不同方式。压力传感器19能布置于恒温元件6中以检测工作介质7中的压力。能使用杆传感器20，其检测杆5的位置和因此检测杆移位，即，在杆5的预期所需位置与杆5的实际实现位置之间的差异。也能使用额外温度传感器21，其检测房间11中的实际温度且比较该实际温度与所需温度。三个传感器19-21连接到控制装置18，出于清楚原因，未示出这些连接。盒100表示在其中示出一个或多个传感器19-21的线路的相对于控制装置18的位置。

当然，珀尔贴元件17(或另一温度控制装置)也能直接布置于恒温元件6处。在此情况下，恒温元件6的效果也可独立于房间11中温度的影响而改变。特别地，能减小由永久控制偏差所造成的误差。还将维持表征恒温元件6的快速反应用于控制阀2。

图2示出一实施例，其中此处仅示意性地示出的阀2被示出与自来水加热器22连接。自来水加热器22为热交换器，其具有主侧23和副侧24。主侧23包括主入口25和主出口26。副侧包括副入口27和副出口28。主侧23例如连接到小区加热设施或者室内加热系统。在副侧24上，消费者能接热水。

在副侧出口28中布置温度传感器29，温度传感器29连接到恒温元件6。当消费者接热水时，在副出口28中的温度降低且阀2打开更大使得在主侧23上加热流体的流量能增加。

热传导连接件30布置于主入口25与恒温元件6之间。在最简单的情况下，热传导连接件30由铜线31或者具有良好热传导性的不同材料的线做出，其绕主入口25且也绕恒温元件缠绕。其也可为填充了水或另一流体的管31a(图2a)，流体接管传热，例如通过热传导或对流。因此，恒温元件6接收主入口25的近似温度。在图2a中，与图2相同和在功能上相同的元件被提供相同的附图标记。利用热交换器22上的压差，能驱动流体通过毛细管31a。

现利用图3和图4来详细地解释功能。图3和图4示出阀特征，其中传感器温度沿着X轴且打开程度沿着Y轴。在图3中，线32(实)示出恒温元件6的正常操作行为。当恒温元件6的温度升高时，线32移位到线33。当恒温元件6的温度降低时，线32移位到线34。根据恒温元件的操作点(例如，其中阀2打开的点)，能设置恒温元件6的温度使得由温度传感器所检测的副出口28的温度对于所有操作点相同。这以竖直线35示出。

呈恒温元件温度变化形式的I链路的引入允许降低控制回路中的放大而不会增加永久偏差。换言之，在副出口28处的自来水的温度偏差减小或甚至完全移除。这再次造成控制回路增加的稳定性。这在图4中示出。而且此处线32示出恒温元件6的正常操作状态，线33示出在恒温元件6升高温度下的操作行为且线34示出在恒温元件6降低温度下的操作行为。在图3和图4的右边，示出传感器29的温度，且在上方为主侧23上的流量。可看出线36倾斜，即，热自来水在副出口处的温度偏差大于根据图3的实施例中的情况。但是，其仍在可接受的范围内。

图5示出基本上对应于图1的阀装置的示意图。相同和在功能上相同的元件因此被提供相同的附图标记。

对恒温元件6的影响装置14a做出修改。在此实施例中，影响装置14只是影响工作介质7中的压力。为此目的，额外罐16连接到示意性地示出的压力影响装置37，压力影响装置37同样受到控制装置18控制。压力影响装置37影响恒温元件6中的工作介质7的压力。为此目的，能例如改变填充了工作介质7的额外罐16中的体积。压力影响装置37能具有不同实施例。其因此例如能为泵，伺服促动器或膜促动器。

图6示出一实施例，其为根据图2的实施例的进一步发展。与图2相同的元件因此被提供相同的附图标记。

另外对于自来水加热器22，根据图6的热交换器装置具有额外的热交换器40，提供热交换器40用于供应加热系统中的散热器41。泵42生成传热介质通过散热器41和热交换器40的副侧43的强制循环。热交换器44的主侧44也连接到主入口25和主出口26，其例如属于小区加热设施。

在主侧44上的传热介质的流动受到阀45的控制，阀45同样由恒温元件46促动或以不同方式，例如由电驱动马达促动。恒温元件46受到副侧43上的温度传感器47影响。

控制自来水加热器22的阀2的恒温元件6连接到主入口48和主出口49，且因此热交换器40的主侧44上的热对其起作用。这是考虑夏天与冬天之间不同的温度条件进行小区加热的有利方式。

因此，例如，在冬天小区加热设施的传热介质的温度为100℃。另外，散热器41必须被供应热使得热交换器40起作用。由于热传导连接件30作用于热交换器40的主侧44上，具有用用自来水加热器22的阀2的恒温元件6，这给出受控制的控制回路的恒温器的减小的温度偏差和因此增加的比例带(P-band)。

在夏天，自小区加热设施的传热介质的温度通常更低。其例如为65℃。在夏天，散热器41并不工作。因此，热交换器40必须不工作，因为实际上房屋并无热要求。这意味着恒温元件6并不由热交换器40的主侧44加热。这导致正常的控制偏差。

Claims

1.一种阀装置，其具有阀和阀促动装置，所述阀控制传热介质通过热交换器装置的流动，所述热交换器装置包括主侧和副侧，所述阀促动装置包括恒温元件，由所述副侧上的温度对所述恒温元件起作用且能由温度和/或压力影响装置对所述恒温元件起作用，其特征在于，所述温度和/或压力影响装置(14)能受到可从所述阀(2)或所述热交换器装置获得的物理值影响。

2.根据权利要求1所述的阀装置，其特征在于，提供控制装置(18)以检测所述阀(2)处的控制偏差且根据所述控制偏差来控制所述温度和/或压力影响装置(14)。

3.根据权利要求1或2所述的阀装置，其特征在于，提供压力传感器(18)以检测在所述恒温元件(6)中的压力，所述温度和/或压力影响装置(14)对所述压力做出反应。

4.根据权利要求1或2所述的阀装置，其特征在于，所述阀(2)具有阀杆(5)且杆传感器(20)确定所述杆的位置，所述温度和/或压力影响装置(14)对杆移位做出反应。

5.根据权利要求1或2所述的阀装置，其特征在于，在所述热交换器装置的所述副侧(11, 24) 上提供温度传感器(21)以检测实际温度，且提供比较器以检测所述实际温度与所需温度之间的差异，所述温度和/或压力影响装置(14)对所述差异做出反应。

6.根据权利要求1或2所述的阀装置，其特征在于，所述恒温元件(6)具有通往外部的连接件(15)，额外罐(16)连接到所述连接件(15)，所述温度和/或压力影响装置(14)作用于所述额外罐(16)上。

7.根据权利要求1或2所述的阀装置，其特征在于，所述温度和/或压力影响装置(14)能以供应热的状态或吸热状态操作。

8.根据权利要求7所述的阀装置，其特征在于，所述温度和/或压力影响装置(14)被制成珀尔贴元件。

9.根据权利要求1或2所述的阀装置，其特征在于，所述热交换器装置被制成为自来水加热器(22)，其在所述主侧(23)上具有主入口(25)和主出口(26)且在所述副侧(24)上具有副入口(27)和副出口(28)，由此能从所述副出口(28)接出具有升高温度的自来水。

10.根据权利要求9所述的阀装置，其特征在于，所述温度和/或压力影响装置(30)受到所述主入口(25)处温度的影响。

11.根据权利要求10所述的阀装置，其特征在于，所述温度和/或压力影响装置(30)包括在所述主入口(25)与所述恒温元件(6)之间的热传导连接件(31)。

12.根据权利要求11所述的阀装置，其特征在于，所述热传导连接件(31)能为管。

13.根据权利要求11所述的阀装置，其特征在于，所述热传导连接件(31)由金属丝制成，其与所述主入口(25)与所述恒温元件(6)成热传导接触。

14.根据权利要求12所述的阀装置，其特征在于，所述管为连接到所述主入口(25)的毛细管。

15.根据权利要求13所述的阀装置，其特征在于，所述金属丝为铜。