DE19732687C2 - Heizkörperventil - Google Patents
HeizkörperventilInfo
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- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D23/00—Control of temperature
- G05D23/01—Control of temperature without auxiliary power
- G05D23/02—Control of temperature without auxiliary power with sensing element expanding and contracting in response to changes of temperature
- G05D23/021—Control of temperature without auxiliary power with sensing element expanding and contracting in response to changes of temperature the sensing element being a non-metallic solid, e.g. elastomer, paste
- G05D23/023—Control of temperature without auxiliary power with sensing element expanding and contracting in response to changes of temperature the sensing element being a non-metallic solid, e.g. elastomer, paste the sensing element being placed outside a regulating fluid flow
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- G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
- G05D23/1902—Control of temperature characterised by the use of electric means characterised by the use of a variable reference value
- G05D23/1905—Control of temperature characterised by the use of electric means characterised by the use of a variable reference value associated with tele control
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Heizköperventil zur Durchflußregelung eines
Heizmediums durch ein Zentralheizungssystem, das in Abhängigkeit der Umge
bungs- bzw. Raumtemperatur aktiv regelbar ist, mit einer den Durchfluß des Heiz
mediums durch das Heizkörperventil regelnden Stelleinrichtung, die mit elektrischer
Energie betreibbar ist.
Thermostate oder Temperaturregler sind Vorrichtungen, die eine gewünschte Tem
peratur auf konstanter Höhe halten. Sie erreichen das mit Hilfe eines sog. Tempera
turfühlers, der die Abweichung von der gewünschten Temperatur, erfühlt" und Infor
mationen darüber an ein Organ weitergibt, das die Schwankung ausgleicht. Als
Temperaturfühler finden u. a. mit Flüssigkeit gefüllte Rohre, Bimetallstreifen oder Fe
derbälge Verwendung.
Das einfachste Gerät ist der unmittelbar wirkende Thermostat: Er nutzt die Tatsache
aus, daß sich fast alle Flüssigkeiten ausdehnen, wenn sie erwärmt werden.
Ein nennenswerter Nachteil dieser Thermostate besteht darin, daß
mit Hilfe sogenannter Temperaturfühler die in einem Raum vorherrschende Ist-
Temperatur erfaßt und diese Information an ein Regelwerk weitergeben wird, das die
Temperierung eines Heizkörpers jedoch nur zeitverzögert beeinflußt. Das Regelver
halten derartiger Thermostatventile ist Vorlauftemperatur-abhängig und daher sehr
träge. Zur hochgenauen Einzelraumtemperaturregelung sind die konventionellen
Thermostatventilsteuerungen nicht geeignet.
Einen anderen Typ stellen die mittelbar wirkenden Thermostate dar, die zur Übertra
gung des Impulses, der zur Temperaturveränderung führt, Hilfsenergie (etwa elektri
schen Strom oder Druckluft) benötigen. Bei diesen Geräten betätigt ein Fühler z. B.
einen elektrischen Kontakt, d. h., er schließt einen Stromkreis; dadurch werden die
Regelorgane der Heizung betätigt. So sind elektromotorische oder thermoelektrische
Stellglieder bekannt, die in Thermostaten zu einer schnellen Umsetzung von extern
angelegten Regelgrößen führen. Derartige Stellglieder werden in Fällen verwendet,
wenn eine direkte und schnelle Raumtemperaturregelung gewünscht ist. Insbeson
dere kann durch eine zentrale Steueranlage das Raumklima in unterschiedlichen
Räumen individuell gestalten werden, indem jedes einzelne Thermostatventil ge
trennt voneinander angesteuert wird.
Dies setzt jedoch eine das Regelelement des jeweiligen Thermostatventils mit elek
trischer Energie versorgende Energiequelle voraus, die entweder vor Ort oder über
eine elektrische Zuleitung vorzusehen ist.
Insbesondere bei Neubauten oder bei grundlegenden Altbausanierungen bieten sich
derartige, leitungsgebundene Versorgungen bei Stellregelantrieben von Heizkörper
ventilen an, da in Verbindung mit den ohnehin notwendigen Baumaßnahmen Versor
gungsleitungen zur Energieversorgung der einzelnen Stellantriebe für jedes einzelne
Heizkörperventil gelegt werden können. Besteht jedoch der Wunsch am bestehen
den Wohnungsbestand die vorhandenen, oftmals nur manuell zu bedienenden
Thermostatventile durch zentrale Steueranlagen in der Weise zu regeln, daß jedes
einzelne Thermostatventil mit einem motorisch angetriebenen Regelmechanismus
ausgestattet ist, so sind umfangreiche Unterputzverlegearbeiten notwendig, sofern
eine Überputzanordnung von elektrischen Zuleitungen aus ästhetischen Gründen
vermieden werden soll.
Verfügbare Heizkörperventilstellantriebe können nur, wie vorstehend beschrieben
über elektrische Zuleitungen oder durch den Einsatz von Batterien an jedem Heiz
körperventil mit elektrischer Energie versorgt werden. Der erforderliche Austausch
der Batterien und die damit entstehenden Entsorgungslasten sind heutzutage aus
ökologischen und ökonomischen Gründen nicht sinnvoll. Ebenso stößt das nach
trägliche Verlegen von Kabeln im genutzten Wohnungsbestand auf eine nur geringe
Akzeptanz.
Zwar beschriebt die DE 27 12 425 ein Steuergerät für Heizkörper mit einem Durch
flußventil, das eine Art Wassermotor vorsieht, durch dessen Drehbewegung ein
Energiespeicher in Form einer Feder gespannt wird. Doch wird bspw. das als Was
sermotor ausgebildete Flügerad zur aktiven Durchflußbestimmung des durch das
Durchflußventil durchströmende Druckmittel nicht verwandt, noch werden Hinweise
gemacht, wie die Stromversorgung des Steuergerätes erfolgt.
Dem deutschen Gebrauchsmuster G 93 12 588.7 kann lediglich entnommen werden,
daß mit elektrischer Energie versorgbare Heizkörperventile mit Hilfe solarer Energie
quellen betreibbar sind.
Aus den Druckschriften Honeywell Centra (Firmenschrift) Druck-Code GE OH 095
GE 51 RO 397 sowie der DE 92 10 128 U1 geht hervor, daß Regeleinrichtungen zur
Einstellung der Raumtemperatur drahtlos mit Hilfe von Fernbedienungen vorgenom
men werden können. Zu der Stromversorgung der Heizkörperventile sind diesen
Druckschriften ebenfalls keine weiteren Hinweise zu entnehmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizkörperventil der im Oberbegriff
des Anspruchs 1 genannten Gattung derart weiterzubilden, daß eine dezentrale
Energieversorgung der motorisch angesteuerten Heizkörperventilstellantriebe mög
lich ist, ohne die vorstehend genannten Nachteile in Kauf zu nehmen. Insbesondere
soll das Ausstatten bestehender Heizungssysteme mit elektromotorisch angetriebe
nen Heizkörperventilen schnell und ohne großen Aufwand und insbesondere unter
Vermeidung von mit Schmutz verbundenen Maurerarbeiten möglich sein.
Die Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Den Erfindungsgedanken
vorteilhaft ausbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist ein Heizköperventil zur Durchflußregelung eines Heizmediums
durch ein Zentralheizungssystem, das in Abhängigkeit der Umgebungs- bzw.
Raumtemperatur aktiv regelbar ist, mit einer den Durchfluß des Heizmediums durch
das Heizkörperventil regelnden Stelleinrichtung, die mit elektrischer Energie betreib
bar ist, derart ausgebildet, daß ein, im Volumenstrom des Heizmediums einge
brachtes, schaufelradartiges Element vorgesehen ist, das durch den hydrodynami
schen Fluß des Heizmediums in Rotation versetzbar ist. Hierbei ist das schaufelra
dartige Element die Stelleinrichtung und ist ferner durch eine Regel- bzw. Einstellein
richtung drehzahlgesteuert ist. Schließlich ist eine Generatoreinheit vorgesehen, die
kinematisch mit dem schaufelradartigen Element verbunden ist und elektrische
Energie erzeugt, mit der die Regel- bzw. Einstelleinrichtung mit Energie versorgbar
ist.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, den vor Ort bei einem Heizkörperventil vor
herrschende Volumenstrom des Heizmediums zur Energiegewinnung auszunutzen,
um diese Energie in eine elektrisch betreibbare Regeleinrichtung zu investieren, die
die Durchflußmenge des Heizmediums durch das Heizkörperventil selbst steuert.
Das schaufelradartige Element ist als bremsbare Turbine ausgebildet, die ein Turbi
nenrad vorsieht, das im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung innerhalb des
Heizkörperventils angeordnet ist und deren Turbinenwelle ein Miniaturschwach
stromgenerator antreibt, der vorzugsweise mit einer Pufferbatterie verbunden ist und
diese lädt. Grundsätzlich stellt die erfindungsgemäße Anordnung eine dezentrale
elektrische Energiequelle dar, deren zur Verfügung stehende Energie in beliebiger
Weise verwendet werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Energie für eine Stelleinrichtung verwendet, die über eine
Steuer- und Verarbeitungselektronik die Durchflußmenge des Heizmediums durch
das Heizkörperventil regelt.
Es ist dafür zu sorgen, daß das schaufelradartige Element innerhalb des Heizkörper
ventils derart integriert ist, daß bei Stillstand des schaufelradartigen Elementes in
Form eines Turbinenrades ein Mindestdurchfluß des Heizmediums durch das Heiz
körperventil gewährleistet ist. Dieser Mindestdurchfluß garantiert insbesondere bei
feststehendem Schaufelrad einen Schutz vor Gefrieren, insbesondere in kalten Jah
reszeiten.
In vorteilhafter Weise ist die Steuer- und Verarbeitungselektronik, die die Stellein
richtung des Heizkörperventils regelt über eine Infrarot- oder Funkstrecke mit einer
beispielsweise im Raum vorhandenen zentralen Leitstelle verbunden. Über eine
zentrale Leitstelle können drahtlos die beispielsweise in einer Wohnung vorhandenen
Heizkörperventilsteuerungen angesprochen werden, so daß in unterschiedlichen
Räumen unterschiedliche Temperaturniveaus eingestellt werden können.
Diese drahtlose Kommunikation und das Verstellen der erfindungsgemäß ausge
statteten Heizkörperventile mit Hilfe dezentral vorhandener elektrischer Energie, die
auf dem hydrodynamischen Fluß des wärmetragenden Mediums gewonnen wird,
erlaubt das Nachrüsten von Einzelraumregelungen in genutzten Wohnungen, ohne in
bestehende Wände Schlitze für Kabel zu schlagen oder ökonomisch und ökologisch
nicht sinnvolle Batterieversorgungen einzusetzen.
Das schaufelradartige Element kann innerhalb des Volumenstroms des Heizmedi
ums grundsätzlich in zwei Anwendungsfällen eingesetzt werden:
Zum einen dient das schaufelradartige Element ausschließlich der Energiegewin
nung, so daß beispielsweise die gewonnene Energie direkt in eine Batterie einge
speist werden kann. Neben dem schaufelradartigen Element ist eine beliebig auszu
staltende Stelleinrichtung innerhalb des Heizkörperventils vorzusehen, die mit der
von dem schaufelradartigen Element in Verbindung mit der Generatoreinheit gewon
nenen Energie versorgbar ist.
Alternativ zu der vorstehenden Variante kann jedoch das schaufelradartige Element
zugleich als Steileinrichtung dienen, indem die Drehzahl des Schaufelrades extern
steuerbar ist. So steuert ein drehzahlgesteuertes Schaufelrad den Durchfluß des
Heizmediums durch das Heizkörperventil und gleichzeitig trägt die Drehbewegung
des Schaufelrades zur Erzeugung von elektrischer Energie bei, die zur Versorgung
einer Steuerelektronik am Heizkörperventil verwendet werden kann.
Die auf diese Weise gewonnene, elektrische Energie kann beispielsweise einer am
Heizkörperventil angebrachten Sende- und Empfangsanlage zugeführt werden, die
drahtlos mit einer zentralen Leitstelle kommuniziert, so daß Informationen zur Rege
lung des Heizkörperventils austauschbar sind und auf diese Weise eine individuelle
Temperierung einzelner Räume möglich ist.
In der einzigen Figur ist ein Querschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgestattetes
Heizkörperventil V dargestellt, das über einen Zufluß Z und über einen Ablauf A ver
fügt. Die Innenkontur des Heizkörperventils V ist derart ausgebildet, daß an der eng
sten Stelle S ein Turbinen-Schaufelrad T einbringbar ist, so daß das Turbinen-
Schaufelrad T im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung des Heizmediums
durch das Heizkörperventil gerichtet ist. Das Turbinen-Schaufelrad T ist drehbar an
einer Welle W angeordnet, die ein Standardaufbau eines Ventilkörpers VK durchragt.
Der Ventilkörper VK ist mit einem Gewinde G versehen, über das der Ventilkörper
VK in ein entsprechendem Gegengewinde im Heizkörperventils V fluiddicht ein
schraubbar ist. Unmittelbar dem Turbinen-Schaufelrad T gegenüberliegend ist eine
Dichtung D am Ventilkörper VK angebracht und sorgt dafür, daß das Heizmedium
nicht entlang der Welle W durch den Ventilkörper VK entweichen kann.
Das in der dargestellten Weise angeordnete Turbinen-Schaufelrad T im einge
schraubten Zustand aufgrund der Strömungsrichtung in Rotation versetzt, wodurch
ein kleiner, mit der Welle W verbundener Generator GE antreibbar ist.
Vorzugsweise speist der Generator GE eine Pufferbatterie PB speisen, die mit einer
Steuerelektronik SE verbunden ist.
Eine Regelung des Durchflusses des Heizmediums durch das in der Figur darge
stellte Heizkörperventil V erfolgt derart, daß die Drehzahl des Turbinen-
Schaufelrades T steuerbar ist. Bei geringeren Drehzahlen des Turbinen-
Schaufelrades T wird dem das Heizkörperventil durchströmenden Heizmedium ein
größerer hydrodynamischer Widerstand entgegengesetzt, so daß der Durchfluß des
Heizmediums durch das Ventil V herabgesetzt wird. Damit verbunden ist auch eine
geminderte Heizleistung des gesamten Heizkörpers. Das Turbinen-Schaufelrad T ist
zusammen mit dem Ventilgehäuse derart ausgebildet, daß bei festgehaltenem Turbi
nen-Schaufelrad T nur ein, dem Frostschutz dienender Minimalstrom an Heizmedium
passieren kann.
Mit der mittels eines angetriebenen Generators erzeugten elektrischen Energie kann
die am Ventil angebrachte Elektronik, die zur Kommunikation mit einer Leitstelle, z. B.
über Funk, dient, versorgt werden. Aus Gründen einfacher Darstellung ist diese
Elektronik mit in der Steuereinrichtung St integriert.
Alternativ zu der vorstehenden Ausführungsform ist das Schaufelrad auch in unge
bremster Weise im Volumenstrom des Heizmediums zu plazieren, so daß es unge
bremst vom hydrodynamischen Fluß des Heizmediums angetrieben wird und über
eine entsprechende Welle mit einem Generator verbunden ist.
Als gängige weitere Alternative ist der Ventilkörper VK derart standardmäßig ausge
führt, daß die Dichtung D parallel zur Welle W bewegbar ist. W ist als Hohlwelle aus
geführt, auf der innen gelagert das Turbinen-Schaufelrad T frei rotierend sitzt. Außen
auf der Hohlwelle W sitzt die Dichtung D und ist translatorisch verschieblich auf der
Welle W gelagert, durch die der Strömungsquerschnitt durch den Ventilkörper variiert
werden kann.
A Ablauf
Z Zulauf
S engste Stelle im Heizkörperventil
T Turbinen-Schaufelrad
V Ventil
D Dichtung
G Gewinde
VK Ventilkörper
GB Generator
PB Pufferbatterie
St Steuereinrichtung
Z Zulauf
S engste Stelle im Heizkörperventil
T Turbinen-Schaufelrad
V Ventil
D Dichtung
G Gewinde
VK Ventilkörper
GB Generator
PB Pufferbatterie
St Steuereinrichtung
Claims (5)
1. Heizköperventil zur Durchflußregelung eines Heizmediums durch ein Zentral
heizungssystem, das in Abhängigkeit der Umgebungs- bzw. Raumtemperatur aktiv
regelbar ist, mit einer den Durchfluß des Heizmediums durch das Heizkörperventil
regelnden Stelleinrichtung, die mit elektrischer Energie betreibbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß ein, im Volumenstrom des Heizmediums einge
brachtes, schaufelradartiges Element vorgesehen ist, das durch den hydrodynami
schen Fluß des Heizmediums in Rotation versetzbar ist,
daß das schaufelradartige Element die Stelleinrichtung ist und durch eine Regel- bzw. Einstelleinrichtung drehzahlgesteuert ist, und
daß eine Generatoreinheit vorgesehen ist, die kinematisch mit dem schaufelradarti gen Element verbunden ist und elektrische Energie erzeugt, mit der die Regel- bzw. Einstelleinrichtung mit Energie versorgbar ist.
daß das schaufelradartige Element die Stelleinrichtung ist und durch eine Regel- bzw. Einstelleinrichtung drehzahlgesteuert ist, und
daß eine Generatoreinheit vorgesehen ist, die kinematisch mit dem schaufelradarti gen Element verbunden ist und elektrische Energie erzeugt, mit der die Regel- bzw. Einstelleinrichtung mit Energie versorgbar ist.
2. Heizkörperventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das schaufelradartige Element im Heizkörperventil
derart integriert ist, daß bei Stillstand des schaufelradartigen Elementes ein Mindest
durchfluß des Heizmediums durch das Heizkörperventil gewährleistet ist.
3. Heizkörperventil nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Generatoreinheit mit einer Pufferbatterie verbun
den ist.
4. Heizkörperventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß am Heizkörperventil eine Sende- und Empfangsanla
ge vorgesehen ist, die drahtlos mit einer zentralen Leitstelle kommuniziert, so daß
Informationen zur Regelung des Heizkörperventils austauschbar sind, zur Schaffung
einer individuellen Temperierung von Räumen.
5. Heizkörperventil nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sende- und Empfangsanlage eine Infrarot oder
Funkanlage ist.
Priority Applications (1)
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ID=7837281
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