DE102012211921A1 - Temperature-dependant switching valve for storage for temperature-layered storing of hot fluid i.e. water, has temperature-sensitive elements for opening and/or closing of closing body when temperatures at sides are reached, respectively - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein temperaturabhängig schaltendes Ventil, insbesondere zum temperaturabhängigen Einlassen oder Auslassen von Fluiden, mit einer Einlassseite, einer Auslassseite und einem Schließkörper. Die Erfindung betrifft auch ein Temperatur-Schichtungssystem, wie beispielsweise einen Speicher, zum temperaturgeschichteten Speichern von Flüssigkeiten unterschiedlicher Temperatur, mit einem mit den warmen Flüssigkeiten befüllbaren Speicherraum, wobei mehrere übereinander, beim mit Flüssigkeiten gefülltem Speicher in unterschiedlichen Temperaturschichten des Speichers liegende Zuläufe und/oder Abläufe vorgesehen sind. The invention relates to a temperature-dependent switching valve, in particular for the temperature-dependent admission or discharge of fluids, with an inlet side, an outlet side and a closing body. The invention also relates to a temperature-stratification system, such as a memory for the temperature-layered storage of liquids of different temperature, with a storable with the warm liquids storage space, wherein a plurality of superimposed, filled with liquids storage in different temperature layers of the memory inlets and / or Procedures are provided.
In solchen Speichern wird warmes und insbesondere heißes Wasser bereit gehalten, wobei in unterschiedlichen Schichten unterschiedliche Temperaturen vorgesehen sind. Für die Schichten ist es dabei besonders günstig, wenn das Wasser möglichst ruhig geschichtet bleibt, da Mischungen von Wasser mit unterschiedlichem Temperaturniveau zu unerwünschten Verlusten und damit zu einer geringen Effektivität führen. Insbesondere ist wünschenswert, dass das zu speichernde Wasser, das eine bestimmte Temperatur aufweist, in der der Temperatur zugehörigen Schicht in den Speicher eingebracht wird. In such stores hot and especially hot water is kept ready, wherein different temperatures are provided in different layers. For the layers, it is particularly advantageous if the water remains as stable as possible, since mixtures of water with different temperature levels lead to undesirable losses and thus to a low effectiveness. In particular, it is desirable that the water to be stored, which has a certain temperature, is introduced into the memory in the temperature-associated layer.
Die im Speicher temperaturgeschichteten Flüssigkeiten beispielsweise zur Verwendung direkt aus dem Speicher entnommen werden. Auch denkbar ist, dass Flüssigkeiten, die in Verbraucherleitungen durch den Speicherraum in den jeweiligen Schichten hindurchgeführt werden, mit den im Speicher vorhandenen Flüssigkeiten wärmetauscherartig erwärmt werden. The temperature-layered liquids in the store, for example, are taken directly from the memory for use. It is also conceivable that liquids which are passed through the storage space in the respective layers in consumer lines are heat-exchanger-heated with the liquids present in the storage.
Der Speicher kann dazu dabei so ausgebildet sein, dass wenigstens eine Verbraucherleitung, in der ein zu erwärmendes Medium geführt ist, durch den Speicherraum führbar ist. In der Regel sind mehrere derartige Verbraucherleitungen vorgesehen, insbesondere abhängig davon, auf welche Temperatur das zu erwärmende Medium erwärmt werden soll. For this purpose, the memory may be designed so that at least one consumer line, in which a medium to be heated is guided, can be guided through the storage space. As a rule, a plurality of such consumer lines are provided, in particular depending on which temperature the medium to be heated is to be heated.
Derartige Speicher sind beispielsweise aus der
Dabei hat sich als nachteilhaft herausgestellt, dass dann, wenn Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Drücken, oder auch mit recht hohen Drücken, in den Speicher eingebracht werden, diese Ventilklappen nicht zuverlässig arbeiten. It has proved to be disadvantageous that when liquids with different pressures, or even with quite high pressures, are introduced into the memory, these valves do not work reliably.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, den genannten Problemen des Standes der Technik abzuhelfen. Insbesondere soll eine dichte- und druckunabhängige Einlagerung von Flüssigkeiten unterschiedlicher Temperatur in zugehörige Temperaturschichten auf einfache und dennoch funktionssichere Weise möglich sein. The present invention is based on the object to remedy the aforementioned problems of the prior art. In particular, a density and pressure-independent storage of liquids of different temperature in associated temperature layers should be possible in a simple yet reliable manner.
Diese Aufgabe wird mit einem Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung zeichnet sich folglich dadurch aus, dass an der Einlassseite ein erstes temperatursensitives Element angeordnet ist, das den Schließkörper dann öffnet bzw. schließt, wenn an der Einlassseite eine Öffnungsgrenztemperatur erreicht wird und wobei an der Auslassseite ein zweites temperatursensitives Element angeordnet ist, das den Schließkörper dann schließt bzw. öffnet, wenn an der Auslassseite eine Schließgrenztemperatur erreicht wird. This object is achieved with a valve having the features of
Auf Grund des Vorsehens der beiden temperatursensitiven Elemente, die bei unterschiedlichen Temperaturen ansprechen, kann insbesondere gewährleistet werden, dass Fluide und vorzugsweise Flüssigkeiten, die eine Temperatur im Bereich zwischen der Öffnungsgrenztemperatur und der Schließgrenztemperatur aufweisen, durch das Ventil hindurch strömen können. Fluide, die eine Temperatur aufweisen, die nicht zwischen der Öffnungsgrenztemperatur und der Schließgrenztemperatur liegt, können nicht durch das Ventil hindurch strömen. Due to the provision of the two temperature-sensitive elements which respond at different temperatures, in particular it can be ensured that fluids and preferably liquids which have a temperature in the range between the opening limit temperature and the closing limit temperature can flow through the valve. Fluids having a temperature not between the opening limit temperature and the closing limit temperature can not flow through the valve.
Vorteilhafterweise ist das erste und/oder das zweite temperatursensitive Element aus einem SMA-Werkstoff hergestellt oder umfasst einen solchen. SMA steht für "Shaped-Memory-Alloy", zu Deutsch Formgedächtnislegierungen oder Memorymetalle. Diese Metalle ändern ihre Form temperaturabhängig, wobei über die Legierung einstellbar ist, bei welcher Temperatur eine Formwandlung erfolgen soll. Advantageously, the first and / or the second temperature-sensitive element is made of or comprises an SMA material. SMA stands for "Shaped Memory Alloy", "German Shape Memory Alloys" or "Memory Metal". These metals change their shape depending on the temperature, it being adjustable via the alloy, at which temperature a shape transformation is to take place.
Vorteilhafterweise sind die temperatursensitiven Elemente nicht nur aus einem SMA-Werkstoff, sondern zudem als Federelemente, insbesondere als Schraubenfedern ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass Elemente bereitgestellt werden können, deren Federkraft abhängig von der Temperatur ist. Bei Überschreiten der Öffnungsgrenztemperatur kann beispielsweise das erste Federelement derart ausgebildet sein, dass dessen Federkraft derart ansteigt, dass der Schließkörper geöffnet wird. Bei Überschreiten der Schließgrenztemperatur kann das zweite Federelement so ausgebildet sein, dass dessen Federkraft größer ist als die Federkraft des ersten Federelements, so dass dann der Schließkörper in seine geschlossene Position gedrängt wird. Advantageously, the temperature-sensitive elements are not only made of an SMA material, but also designed as spring elements, in particular as coil springs. This has the advantage that elements can be provided whose spring force is dependent on the temperature. When the opening limit temperature is exceeded, for example, the first spring element may be designed such that its spring force increases such that the closing body is opened. When the closing limit temperature is exceeded, the second spring element can be designed so that its spring force is greater than the spring force of the first spring element, so that then the closing body is urged into its closed position.
Der Schließkörper ist vorzugsweise als Schließkolben ausgebildet, der im geschlossenen Zustand gegen einen Ventilsitz beaufschlagt ist. The closing body is preferably designed as a closing piston, which is acted upon in the closed state against a valve seat.
Um eine definierte Position des Schließelements zu gewährleisten, ist vorteilhaft, wenn neben dem ersten temperatursensitiven Element und dem zweiten temperatursensitiven Element eine Rückstellfeder vorgesehen ist, die das Schließelement in die geschlossene Lage drängt. In order to ensure a defined position of the closing element, it is advantageous if, in addition to the first temperature-sensitive element and the second temperature-sensitive element, a return spring is provided which urges the closing element into the closed position.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind folglich drei Federelemente vorgesehen, wobei alle drei Federelemente Schraubenfedern sein können. Zwei Federelemente sind temperatursensitive Federelemente, wobei die Federkraft der Rückstellfeder temperaturunabhängig ist. Dabei ist dann insbesondere vorgesehen, dass das erste Federelement so ausgebildet ist, dass es bei Erreichen der Öffnungsgrenztemperatur seine Form derart ändert, dass seine Federkraft zunimmt und es das Schließelement gegen die Federkräfte des zweiten Federelements und der Rückstellfeder in die Öffnungsstellung drängt, und dass das zweite Federelement so ausgebildet ist, dass es bei Erreichen der Schließgrenztemperatur seine Form derart ändert, dass seine Federkraft zunimmt und der Schließkolben in die geschlossene Stellung gedrängt wird. In a preferred embodiment, therefore, three spring elements are provided, wherein all three spring elements can be coil springs. Two spring elements are temperature-sensitive spring elements, wherein the spring force of the return spring is independent of temperature. It is then provided in particular that the first spring element is formed so that it changes its shape upon reaching the opening limit temperature such that its spring force increases and it urges the closing element against the spring forces of the second spring element and the return spring in the open position, and that second spring element is formed so that it changes its shape upon reaching the closing limit temperature such that its spring force increases and the closing piston is urged into the closed position.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein System zum temperaturgeschichteten Speichern von warmen Flüssigkeiten unterschiedlicher Temperatur, mit einem mit den warmen Flüssigkeiten befüllbaren Speicherraum, wobei mehrere übereinander, bei mit Flüssigkeiten gefülltem Speicher in unterschiedlichen Temperaturschichten des Speicherraums liegende Zuläufe und/oder Abläufe vorgesehen sind, wobei an wenigstens einem oder mehreren Zuläufen und/oder Abläufen jeweils ein temperaturabhängig schaltendes Ventil zum temperaturabhängigen Einlassen oder Auslassen von Flüssigkeiten in den Speicherraum vorgesehen ist. Das Ventil ist dabei derart ausgebildet, dass dann wenn eine an der Einlassseite vorhandene Öffnungsgrenztemperatur erreicht ist das Ventil öffnet und wenn eine an der Auslassseite vorhandene Schließgrenztemperatur erreicht ist das Ventil schließt. Dadurch, dass das Ventil temperaturabhängig schaltet, und nicht dichteabhängig, können Flüssigkeiten mit unterschiedlichem Drücken in den Speicherraum eingebracht werden, wobei gewährleistet ist, dass diese in der jeweiligen Temperaturschicht eingelagert werden können. Bei dem Ventil kann es sich insbesondere um ein erfindungsgemäßes Ventil handeln. The aforementioned object is also achieved by a system for temperature-layered storage of hot liquids of different temperature, with a fillable with the warm liquids storage space, wherein a plurality of superimposed, in liquid-filled storage in different temperature layers of the storage space lying inlets and / or drains are provided , wherein in each case a temperature-dependent switching valve for temperature-dependent admission or discharge of liquids is provided in the storage space at at least one or more inlets and / or processes. The valve is designed such that when a present on the inlet side opening limit temperature is reached, the valve opens and when a present on the outlet side closing limit temperature is reached, the valve closes. Characterized in that the valve switches temperature-dependent, and not density-dependent, liquids with different pressures can be introduced into the storage space, it being ensured that they can be stored in the respective temperature layer. The valve may in particular be a valve according to the invention.
Dabei ist vorteilhaft, wenn ein gemeinsames Verteilerrohr vorgesehen ist, an dem die Zuläufe oder Abläufe vorgesehen sind oder von dem die Zuläufe oder Abläufe abzweigen. Über das gemeinsame Verteilerrohr werden die einzuspeichernden Flüssigkeiten zugeführt beziehungsweise abgeführt. Insbesondere die zugeführten Flüssigkeiten können unterschiedliche Temperaturen aufweisen, je nach dem mit welchen Systemen sie erwärmt werden. Findet beispielsweise ein konventioneller Brenner zur Erwärmung der einzulagernden Flüssigkeit Verwendung, so wird hier eine recht hohe, weitgehend konstante Temperatur vorliegen. Wird die einzuspeichernde Flüssigkeit beispielsweise über Solarkollektoren erwärmt, so kann die Temperatur der einzulagernden Flüssigkeiten durchaus unterschiedlich sein, und zwar abhängig von dem Sonnenstand oder der Wetterlage. It is advantageous if a common manifold is provided on which the feeds or drains are provided or from which the feeds or drains branches. About the common manifold, the liquids to be stored are supplied or discharged. In particular, the supplied liquids may have different temperatures, depending on which systems they are heated with. If, for example, a conventional burner is used for heating the liquid to be stored, then a fairly high, largely constant temperature will be present here. If the liquid to be stored is heated, for example, via solar collectors, then the temperature of the liquids to be stored can definitely be different, depending on the position of the sun or the weather.
Besonders vorteilhaft ist, wenn wenigstens zwei benachbarte, unterschiedlichen Temperaturschichten zugeordnete Ventile derart übereinander angeordnet sind, dass die Schließgrenztemperatur des weiter unten liegenden Ventils gleich oder wenigstens etwas höher ist als die Öffnungsgrenztemperatur des darüber liegenden Ventils. Hierdurch wird der Effekt erzielt, dass bei ansteigender Temperatur der einzulagernden Flüssigkeit gewährleistet ist, dass eines der wenigstens beiden Ventile geöffnet ist. It is particularly advantageous if at least two adjacent, different temperature layers associated valves are arranged one above the other, that the closing limit temperature of the valve further down is equal to or at least slightly higher than the opening limit temperature of the overlying valve. As a result, the effect is achieved that is ensured with increasing temperature of the liquid to be stored, that one of the at least two valves is open.
Entsprechend vorteilhaft ist, wenn die Schließgrenztemperatur des weiter oben liegenden Ventils gleich oder wenigstens etwas höher ist als die Öffnungsgrenztemperatur des darunter liegenden Ventils. Dadurch wird gewährleistet, dass auch bei fallender Temperatur der einzulagernden Flüssigkeiten eines der beiden Ventile geöffnet ist. It is correspondingly advantageous if the closing limit temperature of the uppermost valve is equal to or at least slightly higher than the opening limit temperature of the underlying valve. This ensures that even when the temperature of the liquids to be stored drops, one of the two valves is opened.
Für den Fall, dass mehrere übereinander angeordnete Ventile vorgesehen sind, die unterschiedlichen Temperaturschichten zugeordnet sind, ist vorteilhaft, wenn die Schließgrenztemperaturen und Öffnungsgrenztemperaturen der jeweiligen Ventile so gewählt sind, dass in dem Temperaturbereich, in dem Flüssigkeiten in den Speicherraum strömen, gewährleistet ist, dass wenigstens immer eines der Ventile geöffnet ist. In the event that a plurality of valves arranged one above the other are assigned, which are assigned to different temperature layers, it is advantageous if the closing limit temperatures and opening limit temperatures of the respective valves are selected such that in the temperature range in which liquids flow into the storage space at least one of the valves is always open.
Das Verteilerrohr kann dabei außerhalb des Speicherraums verlaufen, wobei die Zuläufe und/oder Abläufe dann an einem den Speicherraum umgebenden Mantel vorgesehen sind. The distributor tube can run outside of the storage space, wherein the feeds and / or processes are then provided on a jacket surrounding the storage space.
Andererseits ist auch denkbar, dass das Verteilerrohr innerhalb des Speicherraums verläuft, so dass die Zuläufe und/oder Abläufe innerhalb des Speicherraums vorgesehen sind. On the other hand, it is also conceivable that the distributor pipe runs within the storage space, so that the inlets and / or outlets are provided within the storage space.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung, anhand derer in den Figuren gezeigte Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben und erläutert werden. Es zeigen: Further advantages and advantageous embodiments of the invention will become apparent from the following description, based on which embodiments of the invention shown in the figures will be described and explained in more detail. Show it:
Bei dem in der
Im Speicherraum
Die in der
Gemäß der Erfindung ist denkbar, dass noch weitere Verbraucherleitungen vorgesehen sind. Je nach Vor- und Rücklauftemperatur der in der jeweiligen Verbraucherleitung strömenden Flüssigkeit ist dann der Vorlaufanschluss und der zugehörige Rücklaufanschluss in der entsprechenden Temperaturschicht des Speichers anzuordnen. According to the invention, it is conceivable that further consumer lines are provided. Depending on the flow and return temperature of the liquid flowing in the respective consumer line then the flow connection and the associated return connection is to be arranged in the corresponding temperature layer of the memory.
Ferner ist denkbar, dass innerhalb des Speicherraums noch weitere Zusatzheizelemente vorgesehen sind, um die im System
Zumindest ist denkbar, dass den Speicherraum
Aus
Wie aus
Das Ventil
Hierdurch kann erreicht werden, dass das Ventil
Die Öffnungsgrenztemperaturen und Schließgrenztemperaturen der im Speicher
Die in
Abhängig von der Temperatur der durch das Verteilerrohr
In der
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