DE1650465C - Thermal actuator - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen thermischem Stell- im wesentlichen abgekliirt und bekannt, Zur Ver-The invention relates to a thermal actuating device which is essentially used and known, for
untriöb, insbesondere für Regelventil, mit einem h'mderung werden Rauhigkeitserhcbungen sowie Ver-untriöb, especially for control valves, with a h'mderung roughness increases as well as
Verdampfer, dem eine Heizvorrichtung, bestehend tiefungen und Risse innerhalb des Verdampfers vonEvaporator, which has a heating device consisting of pits and cracks within the evaporator
aus Heizkörper mil stetig veränderbar zugd'ührtcr verschiedenen Autoren vorgeschlagen. Diese Mittel Leistung und Steuerten, zugeordnet und der mit 5 sollen die Dampfblasenbildung begünstigen, Vonproposed by different authors from radiators with continuously changeable properties. These means power and controlled, assigned and those with 5 are supposed to favor the formation of vapor bubbles, Von
einer Flüssigkeit gefüllt ist, sowie mit einem an den anderen Autoren wird die Wirksamkeit von Rauhig-is filled with a liquid, as well as with one of the other authors, the effectiveness of rough-
Verdunipfer angeschlossenen Druckraum, in den die keitserhebungen jedoch widerlegt.Evaporator connected pressure chamber, in which the speed surveys, however, refuted.
Flüssigkeit bei Dämpferwicklung verdrängt wird Ein Verdampfer zum Betätigen eines temperalur-Liquid is displaced by damper winding An evaporator for actuating a temperature control
und ikr von einem bewegbaren Element abgesehlos- abhängigen Schalters ist bekannt, in dem sich ein sen ist, auf das einerseits der Druck der Flüssigkeit ίο länglicher Einsatz mit haar- oder borstenähnlichenand ikr of a movable element apart from dependent switch is known, in which a sen is on the one hand the pressure of the liquid ίο elongated insert with hair-like or bristle-like
und andererseits die Kraft einer Rückstellfeder Vorsprung™ befindet, wobei den Spitzen dieserand on the other hand the force of a return spring projection ™ is located, with the tips of this
einwirkt, Vorsprünge eine die Dampfblasenbildung begünsti-acts, protrusions favor the formation of vapor bubbles
Neben elektromotorischen und pneumatischen gende Wirkung zugeschrieben wird. Diese SpitzenIn addition to electromotive and pneumatic lowing effect is ascribed. These tips
Stellantrieben gewinnt der thermische Stellantrieb in befinden sich bei der bekannten Einrichtung aber der Regelungstechnik, insbesondere in der Heizungs-, 15 entweder nicht an der wärmsten Stelle, an der dieActuators wins the thermal actuator in are in the known device, however control engineering, especially in heating, 15 either not at the warmest point where the
Lüftungs- und Klimatechnik, immer mehr an Be- Dampfblasenbildung am ehesten beginnt, oder sieVentilation and air conditioning technology, more and more on steam bubble formation is most likely to begin, or they
deulung. Er besitzt wenig bewegliche Teile, ist nahezu berühren die Innenwand und verlieren damit ihredeulung. It has few moving parts, is almost touching the inner wall and thus losing its
feuchlcuncmpfindlich, läßt sich über nur zwei Steuer- Eigenschaften als wirksame Spitzen,moisture-insensitive, can be used as effective tips via just two control properties,
drähte durch Ein- und Ausschallen einer clektri- Die in Abhängigkeit von der Heizleistung ersehen Heizung in zwei Richtungen steuern und läuft 20 wünschte stetige Arbeitsweise eines Verdampferswires by switching a clever switch on and off depending on the heating output Controlling the heating in two directions and running 20 Desired continuous operation of an evaporator
bei einem Ausfall der Stromversorgung mit Feder- wird durch einen weiteren Umstand erschwert. Beimin the event of a failure of the power supply with spring is made more difficult by another circumstance. At the
kraft selbsttätig in seine Ausgangsstellung. stetigen Herabsetzen der Heizleistung sollte derforce automatically into its starting position. steadily reducing the heating output should be the
Ei sind thermische Stellantriebe zum Verstellen Dampfdruck im Verdampfer ebenfalls stetig abnehvon
Ventilen bekannt, bei denen feste, flüssige oder men. Durch die in den Verdampfer zurückfließende
gasförmige Stoffe durch ein elektrisches Heizelement 25 kalte Flüssigkeit werden Temperatur und Dampfaufgeheizt
werden, sich dabei ausdehnen und ein druck gesenkt. Ist nun diese Senkung größer als die
Übertragungsglied, z. B. einen Stößel, antreiben. Abnahme der Rückstellfederspannung, so läuft der
Zum Erzielen eines ausreichenden Hubes ist eine Vorgang instabil weiter bis zum vollständigen Zuverhältnismäßig
große Menge der festen, flüssigen sammenbruch des Dampfdruckes,
oder gasförmigen StoiTe erforderlich. Ein Nachteil 30 Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe
der großen Menge ist die damit verbundene thermi- zugrunde, einen elektrothermischen Stellantrieb zu
sehe Trägheit. Infolge der Trägheit sind die Regel- entwickeln, der durch einen elektrischen oder clekeigenschaften
solcher thermischen Stellantriebe für tronischen Regler stetig und ohne Hysterese in
stetige Regelungen ungenügend. Sie werden deshalb Abhängigkeit von der Ausgangsleistung des Reglers
meistens durch elektrische Zweipunktregler gesteuert. 35 steuerbar ist.Thermal actuators for adjusting the vapor pressure in the evaporator are also steadily decreasing from valves known in which solid, liquid or men. The gaseous substances flowing back into the evaporator through an electrical heating element 25, the cold liquid, heat the temperature and the steam, expand and lower the pressure. If this reduction is greater than the transmission link, z. B. a plunger, drive. To achieve a sufficient stroke, a process is unstable until it is completely
or gaseous substances required. A disadvantage of the present invention is the task of the large amount is the associated thermal inertia to see an electrothermal actuator. As a result of the inertia, the development of the regulation, which by means of an electrical or cleke properties of such thermal actuators for tronic regulators continuously and without hysteresis in continuous regulation, is insufficient. They are therefore mostly controlled by electrical two-position controllers depending on the output power of the controller. 35 is controllable.
In der Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik wer- Die vorliegende Erfindung betrifft einen thermi-In heating, ventilation and air conditioning, the present invention relates to a thermal
den jedoch den Ansprüchen entsprechend immer sehen Stellantrieb der vorausgesetzten Art, bei demHowever, the claims accordingly always see actuator of the aforesaid type, in which
mehr stetige Regelungen verlangt, die nur mit einem die Nachteile der bekannten thermischen Antriebemore constant regulations are required, which only deal with the disadvantages of the known thermal drives
rasch ansprechenden Stellantrieb gute Regelcigen- dadurch vermieden sind, daß im Verdampfer einfast-responding actuator good Regelcigen- are avoided in that one in the evaporator
schäften aufweisen können. 40 ständig dampferfüllte Kapillarräume aufweisendermay have shafts. 40 constantly having steam-filled capillary spaces
Für stetige Regelungen sind thermische Stell- Körper sowie im Strömungsweg der Flüssigkeit zwiantriebe bekannt, bei denen ein Verdampfer kon- sehen dem Verdampfer und dein Druckraum eine staut elektrisch beheizt wird und eine mechanisch Strömungsdrossel angeordnet ist, und daß der Ververstellbare Durchflußöffnung eine Dampfdruck- dämpfer einen von seinem geschlossenen Gehäuseänderung und damit eine Hubänderung bewirkt. 45 boden in Richtung einer Mündung eines Verbin-Solehe thermischen Stellantriebe sind verhältnismäßig dungsrohres fallenden Temperaturverlauf aufweist, groß und für Heizungs- und Lüftungsanlagen zu Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus teuer. den Unteransprüchen.Thermal actuators and in the flow path of the liquid are dual drives for continuous control known where an evaporator can see the evaporator and your pressure chamber one accumulates electrically heated and a mechanical flow throttle is arranged, and that the adjustable Flow opening a steam pressure damper one of its closed housing change and thus causes a change in stroke. 45 soil towards the mouth of a Verbin-Solehe thermal actuators are relatively dung tube has a falling temperature profile, large and for heating and ventilation systems. Further features of the invention emerge from expensive. the subclaims.
Elckirotherniische Stellantriebe mit einem Steuer- Das erwähnte Verbindungsrohr wird als an sichElckirotherniische actuators with a control- The mentioned connecting pipe is called per se
baren Verdampfer erzielen mit einer verhältnismäßig 50 bekannt vorausgesetzt.able vaporizer achieve with a relatively 50 known assuming.
kleinen Menge Flüssigkeit einen ausreichenden Hub. An Hand der Zeichnung, die einen thermischensmall amount of liquid a sufficient stroke. On the basis of the drawing, a thermal
Ihre Ansprechzeit ist auch kurz genug, so daß sie Antrieb darstellt, wird ein Ausführungsbeispiel derIts response time is also short enough that it constitutes a drive, an embodiment of the
lür stetige Regelungen geeignet wären, wenn sie Erfindung näher erläutert.l would be suitable for continuous regulations if they explained the invention in more detail.
nicht weyen des Siedeverzuges eine für stetige In der Zeichnung ist eine elektrische Heizvorrich-not weyen of the boiling delay one for steady In the drawing is an electrical heating device
Regelungen unzulässige Hysterese aufweisen wür- 55 tung zu erkennen, bestehend aus einem Steuerteil 1Controls show impermissible hysteresis, consisting of a control part 1
den. Ein Siedeverzug tritt bekanntlich auf, wenn im und einem Heizkörper, der zwei Anschlüsse 2, 3, einethe. A boiling delay occurs, as is well known, when in and a radiator, the two connections 2, 3, one
Verdampfer nicht genügend große Dampfkeimc vor- Heizwicklung 4 und einen elektrischen Isolierkör-Vaporizer insufficiently large steam nuclei in front of heating coil 4 and an electrical insulating body
handen sind. Die Folge ist eine Verzögerung der per 5 aufweist. Mit 6 ist ein durch die elektrischeare in hand. The consequence is a delay of 5. With 6 one is through the electric
Dampfbildung, die dann erst bei einer wesentlich Heizvorrichtung beheizbarer Verdampfer bezeieh-Vapor formation, which is then only related to a substantially heatable evaporator with a heating device.
liöheren Temperatur einsetzt, als bei derjenigen, bei 60 net, der aus einem zylindrischen Gehäuse 7, einemli higher temperature uses than that at 60 net, which consists of a cylindrical housing 7, a
welcher .!er zugehörige Sattdampfdruck dem durch geschlossenen Gehäuseboden 8 und einem offenenwhich.! he associated saturated steam pressure through the closed housing base 8 and an open one
eine Rückstellfeder erzeugten äußeren Gegendruck Gehäuseboden 9 besteht, durch den ein Verbindungs-a return spring generated external counterpressure housing bottom 9, through which a connection
entspricht. Beim Abkühlen des Verdampfers tritt rohr 10 in den Verdampfer 6 mündet. Im Verdamp-is equivalent to. When the evaporator cools, pipe 10 enters the evaporator 6 and opens. In the evaporation
diese Verschiebung der Arbcitskennlinic nicht auf, fer 6 befinden sich — vorzugsweise im Bereich derthis shift of the work characteristic not on, fer 6 are - preferably in the area of
weil dann bereits Dampf und Flüssigkeit nebenein- 65 im Beirieb v/ärmsten Stelle desselben — ein ständigbecause then steam and liquid are already next to one another - in operation at the poorest point of the same - one constantly
ander bestehen. dampferfüllte Kapillarräumc aufweisender Körperother exist. bodies having vapor-filled capillary spaces
Die Ursachen des Siedeverzuges sind durch Unter- 11, der vorzugsweise eine schwammartige StrukturThe causes of the delay in boiling are due to the under-11, which is preferably a spongy structure
der thermodynamischen Zusammenhänge besitzt und aus einem nicht benetzbarem Werkstoffthe thermodynamic relationships and has a non-wettable material
besteht, sowie tin der Mündungsstelle des Verb'mdimgsrohres IO eine Strömungsdrossel 12, z, B, ein keramischer oder ein metallischer Filterkörper aus SinterwerkstolT, Die Strömungsdrossel IZ kann auch eine einfache Querschnitlsvcrenijung mit Vorzugsweise· nur einer einzigen DurchfluIJülTnung sein, wodurch sich der Vorteil einer sehr einfachen Herstellung ergibt,as well as a flow restrictor 12, e.g. a ceramic or metallic filter body made of sintered material, in the opening point of the connecting pipe IO very easy to manufacture,
Das Verliindungsrohr 10 führt zu einem Druekraum 13, in dem sich ein Faltenbalg 14 berindet, der ;in seinem einen Ende mit dem Druckraum 13 und an seinem anderen Ende über einen stirnseitigen Abschluß 15 mit einem Stößel 16 so verbunden ist, daß er zwischen dem Druckraum 13 und der umgebenden Atmosphäre einen dichten Abschluß Wldet. Der aus dem Druckraum 13 herausragende Stößel 16 stellt eine mechanische Verbindung mit einem hier nicht dargestellten Stellglied, z. B. einem Regelventil, her. Eine Rückstellfeder 17 dient zum Rückstellen des Stößels 16 in seine in der Zeichnung dargestellte Ausgangsstellung.The Verliindungsrohr 10 leads to a pressure chamber 13 in which a bellows 14 is barked, the ; at one end to the pressure chamber 13 and at its other end via an end face Termination 15 is connected to a plunger 16 so that it is between the pressure chamber 13 and the surrounding Atmosphere a tight seal Wldet. The plunger 16 protruding from the pressure chamber 13 provides a mechanical connection with an actuator not shown here, for. B. a control valve. A return spring 17 is used to Resetting the plunger 16 into its starting position shown in the drawing.
Der Verdampfer 6, das Verbindungsrohr 10 und der Raum zwischen dem Druckraum 13 und dem Faltenbalg 14 sind mit einer Flüssigkeit 18 gefüllt. !Vine beim Aufheizen entstehende Dampfblase ist mit 19 bezeichnet.The evaporator 6, the connecting pipe 10 and the space between the pressure chamber 13 and the Bellows 14 are filled with a liquid 18. ! Vine is a vapor bubble that forms during heating labeled 19.
Die Heizwicklung 4 auf dem Gehäuse 7 ragt über die Gehäusebüden 8, 9 hinaus und ist folglich langer als der Innenraum des Verdampfers 6.The heating coil 4 on the housing 7 protrudes beyond the housing hulls 8, 9 and is consequently longer than the interior of the evaporator 6.
Der Steuerteil 1 liefert einen stetig veränderbaren Strom über die Anschlüsse 2 und 3 an die Heizwicklung 4, die den Verdampfer 6 mehr oder weniger aufheizt. Das Verbindungsrohr 10, welches ebenfalls wie das zylindrische Gehäuse 7 und die Gehäuseböden 8. 9 aus Metall besteht, besitzt ein gutes Wärmeleitvermögen und leitet daher einen Teil der Wärme vom Verdampfer 6 ab. Im Verdampfer 6 entsteht dadurch ein von seinem geschlossenen Gehäuseboden 8 in Richtung der Mündung des Verbindungsrohres 10 fallender Temperaturverlauf. Diescr Temperaturverlauf und die über den Innenraum des Verdampfers 6 hinausragende Heizwicklung 4 gewährleisten, daß die Temperatur im Verdampfer ihren höchsten Wert in der Nähe des geschlossenen Gihäusebodens 8 erreicht. Da sich dort auch der Körperll befindet, dessen Kapillarräume nicht benetzbar und daher ständig dampferfüllt sind, wird an dieser Stelle die Dampfbildung beim Aufheizen des Verdampfers 6 begünstigt und ein Siedeverzug zuverlässig verhindert.The control part 1 supplies a continuously variable current via the connections 2 and 3 to the heating coil 4, which heats up the evaporator 6 to a greater or lesser extent. The connecting pipe 10, which also as the cylindrical housing 7 and the housing floors 8. 9 are made of metal, has a good one Thermal conductivity and therefore dissipates part of the heat from the evaporator 6. In the evaporator 6 arises thereby one of its closed housing bottom 8 in the direction of the mouth of the connecting pipe 10 falling temperature curve. This temperature profile and that of the interior of the evaporator 6 protruding heating coil 4 ensure that the temperature in the evaporator reaches its highest value in the vicinity of the closed housing bottom 8. Since there is also the Bodily oil is located, the capillary spaces of which are not wettable and are therefore constantly filled with steam, steam will be formed at this point when heating up of the evaporator 6 is favored and a delay in boiling is reliably prevented.
Die entstehende Dampfblase 19 vergrößert sich mit zunehmender Erwärmung des Verdampfers 6 und verdrängt die Flüssigkeit 18 entsprechend der Heizleistung durch das Verbindungsrohr 10 in den Druckraum 113. Dort wird der Faltenbalg 14 zusammengedrückt, und dadurch über den Stößel 16 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 17 das hier nicht dargestellte Stellglied, z. B. ein Regelventil, betätigt.The resulting vapor bubble 19 increases as the evaporator 6 heats up and displaces the liquid 18 according to the heating power through the connecting pipe 10 into the Pressure chamber 113. There the bellows 14 is compressed, and as a result, via the plunger 16 against the force of the return spring 17, this is not the case here illustrated actuator, z. B. a control valve operated.
Bei abnehmender Erwärmung infolge einer Herabsetzung der Heizleistung verkleinert sich die Dampfblase 19 wieder, so daß ein Teil der Flüssigkeit 18 in den Verdampfer 6 zurückfließt. Die Strömungsdrossel 12 hemmt das Zurückfließen der verhältnismäßig kalten Flüssigkeit. Diese Hemmung und das Wärmespeicliervermogen des Verdampfers 6 beschränken die Abkühlung des Verdampfers durch die zurückfließende Flüssigkeit und verhindern einen nlötzlichen Zusammenbruch des Dampfdruckes.With decreasing heating as a result of a reduction in the heating power, the Vapor bubble 19 again, so that part of the liquid 18 flows back into the evaporator 6. The flow throttle 12 prevents the relatively cold liquid from flowing back. This inhibition and the heat storage capacity of the evaporator 6 limit the cooling of the evaporator the flowing back liquid and prevent a necessary collapse of the vapor pressure.
Wenn die Strömungsdrossel 12 aus einem porösen WcksiolT, insbesondere ims Sinteimctiill, besteht, so bewirkt der aufgeheizte Filierkörper eine schnelle Erwärmung der zurückfließenden Flüssigkeil 18, wodurch ebenfalls einem plötzlichen Zusammenbruch des Dampfdruckes entgegengewirkt wird. Außerdem ist infolge der BestlialTenheit eines solchen Siiiteiwerkstolles die Gefahr einer Verstopfung des Filterkörpers klein.If the flow restrictor 12 is made of a porous WcksiolT, especially in Sinteimctiill, exists, so causes the heated filter body a rapid heating of the flowing back liquid wedge 18, whereby a sudden collapse of the vapor pressure is also counteracted. Besides that is due to the bestness of such a security tunnel the risk of clogging the filter body is small.
Der Kapillurräunie aufweisende Körper Il ist vorteilhaft ein temperaturbeständiger, chemisch inaktiver Werkston*, z. B. Polytetralluorälhylcn. Auch eine äußerst dünne Schicht,'z, B. aus lluoriertem Mclhacrylat, kann unter Mitwirkung der technischen Oberflächenstruktur eines Basiskörpers — der z. B. durch die Innenwand das Gehäuse 7 gebildet sein kann — mit Vorteil als Kapillarräumc aufweisender Körper dienen.The body II, which has capillaries, is advantageous a temperature-resistant, chemically inactive work tone *, e.g. B. Polytetralluorälhylcn. Also one extremely thin layer, e.g. made of fluorinated methacrylate, can with the assistance of the technical surface structure of a base body - the z. B. the housing 7 can be formed by the inner wall - advantageously as having capillary spaces Body serve.
Zur Erreichung des fallenden Temperaturverlaufs im Verdampfer 6 kann zusätzlich oder als alleinige Maßnahme die elektrische Heizwicklung 4 so ausgebildet sein, daß sie dem Verdampfer einen fallenden Temperaturverlauf aufprägt. Das ist z. B. durch eine Verschiebung der Heizwicklung 4 auf dem Vcrdampfergehäusc 7 in Richtung des geschlossenen Gehäusebodens 8 oder durch eine Heizwicklung mit verschieden großen Windungsabständen. also durch eine asymmetrische Anordnung bzw. Ausbildung des Heizkörpers, möglich.In order to achieve the falling temperature profile in the evaporator 6 can additionally or alone Measure the electrical heating coil 4 be designed so that it has a falling to the evaporator Imprints temperature profile. This is e.g. B. by shifting the heating coil 4 on the Vcrdampfergehäusc 7 in the direction of the closed housing base 8 or through a heating coil different sized winding distances. So by an asymmetrical arrangement or training of the Radiator, possible.
Die Flüssigkeit 18 besteht aus organischen und überwiegend anorganischen Komponenten und besitzt einen kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Dadurch kann der Einfluß der Umgebungstemperatur auf das gesamte Flüssigkeitssystem klein gehalten werden. In der Regel wird als anorganische Komponente Wasser verwendet, dem als organische Komponente ein Alkohol beigemischt ist.The liquid 18 consists of organic and predominantly inorganic components and has a small coefficient of thermal expansion. This can reduce the influence of the ambient temperature can be kept small on the entire fluid system. Usually called inorganic Component water is used to which an alcohol is added as an organic component.
Ein nach den Patentansprüchen ausgeführter elektrothermischer Stellantrieb gewährleistet in beiden Laufrichtungen innerhalb seines Arbeitsbereichs eine •.•tetige Hubänderung in Abhängigkeit von der stetig veränderbaren Heizleistung. Die verhältnismäßig kleinen Massen des Verdampfers 6 und der Flüssigkeit 18 ermöglichen mit einer kleinen elektrischen Heizleistung ein rasches Ansprechen des Stellantriebes. Durch den einfachen Aufbau mit einem Minimum an beweglichen Teilen wurde ein preisgünstiger und zuverlässiger neuer Stellantrieb für stetige Regeleinrichtungen geschaffen.An electrothermal device designed according to the claims Actuator ensures one in both directions within its work area •. • continuous change in stroke depending on the continuous changeable heating power. The relatively small masses of the evaporator 6 and the liquid 18 enable a quick response of the actuator with a small electrical heating power. The simple structure with a minimum of moving parts made it cheaper and reliable new actuator created for continuous control equipment.
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