DE1951435C

DE1951435C - Thermal proportional booster

Info

Publication number: DE1951435C
Application number: DE19691951435
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Techn Baar Schlapfer (Schweiz)
Original assignee: Landis & Gyr A G Zug Schweiz
Current assignee: Landis & Gyr A G Zug Schweiz
Priority date: 1969-01-31
Filing date: 1969-10-08
Publication date: 1973-03-01

Description

Die Erfindung betrifft einen thermischen Proportionalverstärker für die Verstärkung einer mechanischen Eingangsarbeit durch zusätzliche Verdampfung eines aus einem Vorratsgefäß in ein Verdampfungsgefäß gelangenden flüssigen Arbeitsmittels durch eine stetig geheizte Hilfswärmequelle, wobei durch die zusätzliche Verdampfung eine erhöhte Ausgangsarbeit an einem zu bewegenden Stellglied erreicht wird.The invention relates to a thermal proportional amplifier for the amplification of a mechanical Input work through additional evaporation of a liquid working medium that has passed from a storage vessel into an evaporation vessel through a Constantly heated auxiliary heat source, with an increased output work due to the additional evaporation is achieved on an actuator to be moved.

Bei einem bereits bekannten thermischen Verstärker wird das in einem geschlossenen System vorhandene Arbeitsmittel durch eine elektrische Heizung zum Teil in den gasförmigen Zustand gebracht und in einem im Innern des Systems angeordneten thermisch isolierten Verdampfungsgefäß gespeichert. Ein ebenfalls im Innern des Systems angebrachter Elektromagnet beeinflußt über ein Hebelwerk und ein Ventil die aus dem Verdampfungsgefäß in dear übugen Innenraum des Systems austretende Gasmenge. Auf diese Weise ist durch den Strom in der Spule des Elektromagneten der Innendruck des Systems und damit über einen elastischen TeU die Stellung des Stellgliedes beeinflußbar. Verschiedene bewegliche Teile befinden sich im Innern des Systems und sind nicht zugänglich. Die elektrischen Zuleitungen zum Elektromagneten und zu der Heizung müssen gasdicht ausgeführt sein. Dies stellt einen großen Aufwand dar. .In an already known thermal amplifier that is present in a closed system Working medium is partially brought into the gaseous state and in stored in a thermally insulated evaporation vessel arranged inside the system. One too An electromagnet installed inside the system influences via a lever mechanism and a valve the amount of gas escaping from the evaporation vessel in the interior of the system. on this way the internal pressure of the system and is due to the current in the coil of the electromagnet thus the position of the actuator can be influenced via an elastic TeU. Various moveable Parts are located inside the system and are not accessible. The electrical leads to the The electromagnet and the heater must be gas-tight. This represents a great expense represent..

Die Aufgabe der Erfindung besteht dann, einen thermischen Verstärker zu schaffen, der eine mechanische Arbeit direkt verstärken kann und einfacherThe object of the invention is then to provide a to create a thermal amplifier that can directly amplify mechanical work and is easier

im Aufbau ist. .„..,,.is under construction. . ".. ,,.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemaß dadurch gelost, daß die mechanische Eingangsarbeit Arbeitsmittef aus einem Vorratsgefäß in das Verdampfungsgefäß verdrängt und das Vorratsgefäß und das Verdamp fungsgefäß räumlich voneinander getrennt angeoid net und durch ein dünnes thermisch schlecht leitendes Röhrchen miteinander verbunden sind.This object is achieved according to the invention in that the mechanical input work Arbeitsmittef displaced from a storage vessel into the evaporation vessel and the storage vessel and the evaporator fung vessel spatially separated from one another angeoid net and are connected to one another by a thin, thermally poorly conductive tube.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in den beiden Figuren dargestellten Ausführungsbei spiele näher erläutert, wobei weitere erfinderische Maßnahmen beschrieben werden.The invention is described below with reference to the embodiment shown in the two figures games explained in more detail, with further inventive measures being described.

Der thermische Verstärker in F i g. 1 besitzt eine kleine Federbalgdose 1, die das mit Flüssigkeit ge füllte Vorratsgefäß 2 darstellt und eine beheizte große Federbalgdose 3, die das Verdampfungsgefäß 4 darstellt. In der kleinen Federbalgdose 1 ist ein Arbeitsmittel, z. B. Freon, in flüssigem und in der großen Federbalgdose 3 in gasförmigem Zustand enthalten. Die beiden Federbalgdosen sind miteinander durch ein dünnes., thermisch schlecht leitendes Röhrchen 5 verbunden. Die große Federbalgdose 3 ist von einem Isolationsmantel 6 umgeben und auf der einen Seite über eine wärmeisolierende Unterlage? auf dem Gehäuse 8 abgestützt. Die andere Seite wirkt auf eine kräftige Konipensationsfeder 9, die ebenfalls auf dem Gehäuse 8 abgestützt ist. Demzufolge wird der Hub eines Stößels 10 von dem in den beiden Federbalgdosen 1 und 2 bestehenden Druck bestimmt und auf ein hier nicht dargestelltes Stellglied übertragen.The thermal amplifier in FIG. 1 has a small bellows box 1, which ge with liquid represents filled storage vessel 2 and a heated large bellows box 3, which the evaporation vessel 4 represents. In the small bellows box 1 is a work equipment, for. B. Freon, in liquid and large Bellows box 3 contained in a gaseous state. The two bellows boxes are with each other connected by a thin, thermally poorly conductive tube 5. The large bellows box 3 is from surrounded by an insulating jacket 6 and on one side over a heat-insulating pad? on the housing 8 is supported. The other side acts on a strong Konipensationsfeder 9, which also on the housing 8 is supported. As a result, the stroke of a tappet 10 is different from that in the two bellows cans 1 and 2 determined existing pressure and transferred to an actuator not shown here.

Die große Federbalgdose 3 wird durch den elektrischen Widerstand 11 aufgeheizt, so daß ihre Temperatur bei jedem Betriebsdruck über der Verdampfungstemperatur des Arbeitsmediums liegt Die Temperatur der kleinen Federbalgdose 1, die ungefähr der Umgebungstemperatur entspricht, liegt unterhalb der Verdampfungstemperatur. Das Federbalgsystem ist so weit mit Flüssigkeit gefüllt, daß sich im Beharrungszustand in der kleinen Federbalgdose 1 nur Flüssigkeit und in der großen Federbalgdose 3 nur Dampf befindet.The large bellows box 3 is heated by the electrical resistor 11, so that its temperature The temperature is higher than the evaporation temperature of the working medium at any operating pressure the small bellows box 1, which corresponds approximately to the ambient temperature, is below the evaporation temperature. The bellows system is so far filled with liquid that in the steady state in the small bellows box 1 only liquid and in the large bellows box 3 only Steam is located.

Wird das Volumen der kleinen Federbalgdose 1 durch eine mechanische Eingangsarbeit, z. B. mit Hilfe eines Elektromagneten, Motorantriebes, Druckfühlers od. ä., verkleinert, so wird Flüssigkeit in die große Federbalgdose 3 gespritzt.If the volume of the small bellows can 1 by a mechanical input work, z. B. with With the help of an electromagnet, motor drive, pressure sensor or the like, the size of the liquid is reduced large bellows box 3 injected.

Das Röhrehen 5 wirkt dabei als Dämpfung und verhindert ein allzuschnelles Einspritzen. Da die Temperatur der großen Federbalgdose 3 stets über der Verdampfungstemperatur liegt, verdampft die eingespritzte Flüssigkeit und erhöht den Druck im Federbalgsystem. Dabei wirkt die große Federbalgdose 3 gegen die Kompensationsfeder 9 auf den Stößel 10. Die für die Verstärkung der EingangsarbeitThe tube 5 acts as a damping and prevents an overly rapid injection. Since the The temperature of the large bellows box 3 is always above the evaporation temperature, the evaporates injected liquid and increases the pressure in the bellows system. This is where the large bellows box works 3 against the compensation spring 9 on the plunger 10. The one for the reinforcement of the input work

erforderliche Energie wird der Wärmekapazität der großen Federbalgdose 3 entzogen, dis vom Widerstand 11 geheizt wird.The energy required is withdrawn from the heat capacity of the large bellows box 3, dis from the resistance 11 is heated.

Wird das Volumen der kleinen Federbalgdose 1 vergrößert, dann wird der großen Federbalgdose 3 Dampf entzogen. Der Dampf kondensiert im Röhrchen 5 oder in der kleinen Federbalgdose t. Dabei sinkt der Druck im Federbalgsystem und die Hubarbeit der großen Federbaigdose 3 verkleinert sich.If the volume of the small bellows box 1 is increased, the large bellows box 3 Steam withdrawn. The steam condenses in the tube 5 or in the small bellows box t. Included the pressure in the bellows system drops and the lifting work of the large spring bellows box 3 is reduced.

Die Anordnung enthält weiterhin eine Überlastsicherung, die aus einer Hülse 12, einer Überlastfeder 13 und einem Stößel 14 besteht. Die Überlastfeder 13 steht unter einer solchen Vorspannung, daß sie innerhalb des zulässigen Druckes im Federbalgsystem nicht zur Wirkung kommt. Kann jedoch aus irgendeinem Grund (z. B. Festfressen einer Ventilspindel) der Stößel U der erfolgten Eingangsarbeit am Stößel 14 nicht folgen, dann entsteht ein für die Federbalgdosen unzulässiger Druck im Federbalgsystem. In einem suichcü Zustand drückt die kleine Federbalgdose 1 die Hülse 12 entgegen der Vorspannung der Übtrlastfeder 13 nach oben (s. Figuren). Der Stößel 14 liegt dann mit seiner Schulter nicht mehr an der Hülse 12 an. Der unzulässige Hub bzw. die unzulässige Eingangsarbeit wird jetzt in der Überlastfeder 13 gespeichert. Mit dieser Überlastsicherung wird der Druck im Federbalgsystem und somit die SHlkraft des Stößels 1· begrenzt.The arrangement also contains an overload protection device, which consists of a sleeve 12, an overload spring 13 and a plunger 14 consists. The overload spring 13 is under such a bias that it is within of the permissible pressure in the bellows system does not come into effect. However, it can be for any Reason (e.g. seizing of a valve spindle) of the tappet U of the input work carried out on the tappet 14 do not follow, then a pressure in the bellows system that is inadmissible for the bellow boxes is created. In one Suichcü state, the small bellows box 1 pushes the sleeve 12 against the bias of the overload spring 13 to the top (see figures). The plunger 14 is then no longer with its shoulder on the Sleeve 12 on. The impermissible stroke or the impermissible input work is now in the overload spring 13 saved. With this overload protection, the pressure in the bellows system and thus the SHIkraft of the plunger 1 · limited.

Der thermische Verstärker in F i g. 2 enthält außer den bereits in der Beschreibung zu F i g. 1 genannten und mit den gleichen Bezugsziffern versehenen Bauteilen einen mit Flüssigkeit gefüllten Temperaturfühler 15. Diesel wirkt als Vorratsgefäß für das flüssige Arbeitsmittel aus dem dieses bei Erwärmung des Temperaturfühlers zufolge thermischer Ausdehnung in das Verdampfungsgefäß 4 verdrängt wird und dort verdampft Bei einem Absinken der Fühlertemperatur wird dem Verdampfungsgefäß 4 Dampf entzogen. Die Temperatur wird also in einen entsprechenden Stellhub des Stößels 10 umgewandelt. Die kleine Federbalgdose 1 dient für den Fall einer Temperaturregelung ab Sollwerteinstellorgan. Die Anordnung mit dem Temperaturfühler 15 nach F i g. 2 kann auch ohne die kleine Federbalgdose 1 betrieben werden; es ist dann zweckmäßig, am Temperaturfühler 13 eine Überlastsicherung anzubringen.The thermal amplifier in FIG. 2 contains in addition to those already in the description of FIG. 1 mentioned and components with the same reference numbers a liquid-filled temperature sensor 15. Diesel acts as a storage container for the liquid working medium from which it is heated Temperature sensor due to thermal expansion in the evaporation vessel 4 is displaced and there evaporated When the sensor temperature drops, steam is withdrawn from the evaporation vessel 4. The temperature is thus converted into a corresponding actuating stroke of the plunger 10. The little one Bellows box 1 is used in the event of temperature control from the setpoint adjuster. The order with the temperature sensor 15 according to FIG. 2 can also be operated without the small bellows box 1; it it is then advisable to attach an overload protection device to the temperature sensor 13.

Das Verdampfungsgefäß4 in Fig.2 besteht aus miteinander verschweißten Tellerfedern 16, die einen Gegendruck zu dem im Innern herrschenden Druck erzeugen. Die Kompensationsfeder entfällt daher bei dieser Anordnung. Der Widerstand 11 besteht aus einem um den Stößel 10 gewickelten Draht Durch die gute thermische Kopplung und die relativ große Wärmekapazität des Verdampfungsgefäßes 2 ist eine schnelle Wärmeübertragung und somit eine hohe Stellgeschwindigkeit möglich. Für einen stetigen Betrieb muß jedoch die Stellgeschwindigkeit u durch eine zwischen dem Vorratsgefäß bzw. dem Temperaturfühler und dem Verdampfungsgefäß eingebaute Drossel verkleinert werden, um ein Schwingen des Systems zu verhindern.The evaporation vessel 4 in Fig.2 consists of disc springs 16 welded to one another, which create a counterpressure to the pressure prevailing inside produce. The compensation spring is therefore omitted in this arrangement. The resistor 11 consists of a wire wound around the plunger 10 Due to the good thermal coupling and the relative large heat capacity of the evaporation vessel 2 is a rapid heat transfer and thus a high actuating speed is possible. For continuous operation, however, the actuating speed must u by a built-in between the storage vessel or the temperature sensor and the evaporation vessel Throttle can be reduced in size to prevent the system from oscillating.

Der Verstärkungsfaktor der Anordnung hängt hauptsächlich von der Füllflüssigkeit, dem Betriebsdruck und dem Volumen des Verdampfungsgefäßes 4 ab. Der beschriebene thermische Proportionalverstärker kann eingesetzt werden, wenn z. B. von einem Regler mehrere größere Stellglieder gleichzeitig oder »α aufeinanderfolgend betätigt werden müssen und die Stellarbeit eines billigen Elektromagneten zu klein ist. Er kann auch zusammen mit mechanischen Regeleinrichtungen für diverse Temperatur- und Druckregelungen verwendet werden. Eine weitere Verwendung as kann erfolgen, wenn ein Stellantrieb mit Nullstelleinrichtung erforderlich ist, die bei Stromausfall anspricht. Die Nullstelleinrichtung, d. h. ein hierfür notwendiger Elektromagnet oder ein Kleinmotor mit Federrücklauf, kann am Verstärkereingang angebracht werden.The amplification factor of the arrangement depends mainly on the filling liquid, the operating pressure and the volume of the evaporation vessel 4 away. The thermal proportional amplifier described can be used if, for. B. from one Controller several larger actuators at the same time or »α must be operated in succession and the Actuating work of a cheap electromagnet is too small. It can also be used together with mechanical control devices can be used for various temperature and pressure controls. Another use This can be done if an actuator with zero setting device is required, which responds in the event of a power failure. The zero setting device, d. H. a necessary for this Electromagnet or a small motor with spring return can be attached to the amplifier input will.

■ Der Verstärkereingang kann je nach dem Verwendungszweck verschieden ausgebildet werden. Ist das Eingangssignal eine zu verstärkende Stellarbeit, die z. B. von einem Elektromagneten, Motorantrieb oder Druckfühler geleistet wird, dann wird das die Flüssigkeit enthaltende Gefäß ebenfalls durch ein Hubelement dargestellt, dessen Volumen durch die Stellarbeit verändert wird. Bei Temperaturfühlern kann das Gefäßvolumen unverändert bleiben und nur die FlUssigkeit kann sich unter dem Einfluß der Temperatur über die Verbindung zum Hubelement ausdehnen oder zusammenschrumpfen.■ The amplifier input can be designed differently depending on the intended use. Is this Input signal to be amplified control work, the z. B. from an electromagnet, motor drive or Pressure sensor is made, then the vessel containing the liquid is also by a lifting element shown, the volume of which is changed by the adjustment work. With temperature sensors that can Vessel volume remain unchanged and only the liquid can expand under the influence of temperature via the connection to the lifting element or shrink.

Der genannte thermische Proportionalverstärker ist gut für den Einbau in Heizkessel geeignet. Wird das Verdampfungsgefäß 4 unter der Heizkesselverschalung montiert, dann können der Isolationsmantel 6 und der Widerstand 11 klein gehalten werden oder sogar fortfallen.The mentioned thermal proportional amplifier is well suited for installation in heating boilers. Will the evaporation vessel 4 is mounted under the boiler casing, then the insulation jacket 6 and the resistor 11 can be kept small or even omitted.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Thermal proportional amplifier for the amplification of a mechanical input work S by additional evaporation of an evaporation vessel from a storage vessel liquid working medium by a continuously heated auxiliary heat source, with the additional Evaporation achieved an increased output work on an actuator to be moved is, characterized in that the mechanical input work from working means the storage vessel (2.15) into the evaporation vessel (4) displaced and the storage vessel (2.15) and the evaporation vessel (4) spatially from one another arranged separately and connected to one another by a thin, thermally poorly conductive tube (5) are connected.

2. Thermal proportional amplifier according to ao claim 1, characterized in that a as Temperature sensor (15) designed and with the necessary mechanical due to thermal expansion Input work performing work equipment filled storage vessel is available.

3. Thermal proportional amplifier according to claim 1 and / or 2, characterized in that that several storage vessels (2, 15) are connected to the same evaporation vessel (4) and act independently of each other on this.

4. Thermal proportional amplifier according to claim 1 or one of claims 2 and 3, characterized in that in the connection between the storage vessel (2,15) and the evaporation vessel (4) a throttle element is arranged.

5. Thermal proportional amplifier according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the evaporation vessel (4) contains a bellows box (3) and a compensation spring (9) is intended for their expansion.

6. Thermal proportional amplifier according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the evaporation vessel (4) consists of welded disc springs (16).