DE2055067A1

DE2055067A1 - Thermally controlled switching device

Info

Publication number: DE2055067A1
Application number: DE19702055067
Authority: DE
Inventors: Thomas Charles Sunbury-on-Thames Middlesex Cliff (Großbritannien). M
Original assignee: United Gas Industries Ltd
Current assignee: United Gas Industries Ltd
Priority date: 1970-11-09
Filing date: 1970-11-09
Publication date: 1972-05-18

Description

Thermisch gesteuerte Schaltvorrichtung Die Erfindung betrifft thermische Betätigungsvorrichtungen und insbesondere thermische Betätigungsvorrichtungen zur Steuerung von Ventilen der Art, wie sie gebräuchlicherweise zum Steuern des Wasserstromes in einem Zentralheizungssystem verwendet werden, wobei das Ventil mittels der thermisch bedingten Expansion oder Kontraktion einer in einem flexiblen oder teilweise flexiblen Behälter der Betätigungsvorrichtung enthaltenden Substanz betätigt wird, der Behälter durch eine, in wärmetauschender Beziehung zu dem Behälter stehende, elektrische Heizung geheizt wird und die Offnungs und Schließbewegungen des Ventiles durch die Erregung der elektrischen Heizung durch Zuschalten der Stromversorgung aa die Heizung bestimmt werden. Thermally Controlled Switching Device The invention relates to thermal Actuators and in particular thermal actuators for Control of valves of the type commonly used to control the flow of water can be used in a central heating system, the valve by means of the thermal conditional expansion or contraction one in a flexible or partially flexible Container of the substance containing the actuating device is actuated, the container by an electrical one that is in a heat-exchanging relationship with the container Heating is heated and the opening and closing movements of the valve by the Excitation of the electric heater by switching on the power supply aa the heater to be determined.

Ein Betätigungsschalter zum Steuern eines derartigen Ventiles kann aus einem verschlossenen Behälter aus Nessing oder einem anderen Material mit guter thermischer Leitfähigkeit bestehen, wobei ein Teil des Behälters eine flexible Membran oder Balg bildet an der Behälter kann völlig oder teilweise mit Flüssigkeit gefüllt sein. Es wird eine Temperaturänderung des Behälters herbeigeführt um aufgrund in der sich daraus ergebenden Druckänderung in dem Behälter eine Auslenkung des flexiblen Teils des Behälters herbeizuführen. Diese Auslenkung kann mechanisch auf die Ventilvorrichtung übertragen werden, so daß eine Temperaturänderung des Behälters das Offnen oderSchlieBen des Ventiles bewirkt. Die Temperatur, bei der derartige Bewegungen auftreten, wird oberhalb der möglicherweise vorhandenen Umgebungstemperatur gewählt, so daß Bewegungen nur durch die Zuführung von Wärme zu dem Behälter von einer zusätzlichen Wärmequelle, die eine elektrische Heizung in wärmetauschender Beziehung mit dem Behälter sein kann, bewirkt wird.An actuation switch for controlling such a valve can from a sealed container made of Nessing or another material with good thermal conductivity, with part of the container being a flexible membrane or bellows forms on the container can completely or partially with Be filled with liquid. A temperature change in the container is brought about to a deflection due to the resulting pressure change in the container of the flexible part of the container. This deflection can be mechanical be transmitted to the valve device, so that a temperature change of the Causes the valve to open or close. The temperature at which Such movements occur will be above the possible ambient temperature chosen so that movements only by the supply of heat to the container of an additional heat source, which is an electric heater in a heat exchanger Relationship with the container can be effected.

Einer Anforderung an ein derartiges Ventil ist es, dass.One requirement of such a valve is that.

es nach Erregung oder Entregung schnell öffnen oder schließen soll. Die schnelle Arbeitsweise kann in einfacher Weise durch die Verwendung einer elektrischen Heizvorrichtung von relativ hoher Wattzahl erreicht werden, jedoch würde dies bewirken, daß der Behälter eine hohe Temperatur erreicht und dass die Betätigung in der entgegengesetzten Richtung wegen der langen Zeit, die zur Abkühlung des Behälters benötigt würde, sehr langsam wäre.it should open or close quickly after arousal or de-excitation. The fast working method can be achieved in a simple manner by using an electrical Heater of relatively high wattage can be achieved, but this would cause that the container reaches a high temperature and that the actuation in the opposite Direction because of the long time it would take to cool the container, would be very slow.

Bei bekannten Betätigungsschaltern wird dieses Problem dadurch gelöst, daß die Bewegung des Schalters einen Endschalter betätigt, wenn das Ende der gewunschten Bewegung erreicht ist, wobei der Endschalter derart angeordnet ist, daß die elektrische Heizvorrichtung oder ein Teil der elektrischen Heizvorrichtung isoliert wird, wodurch die Bewe-.In known actuation switches, this problem is solved by that the movement of the switch actuates a limit switch when the end of the desired Movement is achieved, the limit switch is arranged such that the electrical Heating device or part of the electrical heating device is isolated, whereby the moving.

gung des BeXätigungeschalters seine gigentemperatur mittels der Schalterbewegung steuert. Wegen der kleinen körperlichen Größe derartiger Betätigungsschalter und der Häufigkeit der Schaltvorgange besteht ein Nachteil derartiger Systeme im Verschleiß der Kontakte des Schalters und der Funkstörung durch ihre Arbeitsweise, Durch die Erfindung sollen die Nachteile bekannter Betätd gungsschalter vermieden werden.the actuation switch adjusts its actual temperature by moving the switch controls. Because of the small physical Size of such actuation switches and the frequency of switching operations is a disadvantage of such systems in Wear of the contacts of the switch and radio interference due to their mode of operation, The invention aims to avoid the disadvantages of known actuation switches will.

Gegenstand der Erfindung ist ein thermischer Betätigungsschalter, der aus einem geschlossenen Behälter aus wärmeleitfähigem Material besteht, wobei der Behälter mit einem Stoff gefüllt ist, ein auf Wärmeänderungen ansprechendes Element und ein Betätigungsglied aufweist. Mit dem Behälter steht eine Heizung in wärmetauschender Beziehung und es ist ein Kizblblech vorgesehen, wobei die Anordnung derart ist, daß,wenn die Temperatur in dem Behälter durch die Heizung auf einen vorbestimmten Wert erhöht wurde, der Druck im Behälter wirksam wird, um zu bewirken, daß das auf Wärmeänderungen ansprechende Element das Betätigungsglied in eine Arbeitslage bewegt, wobei das Betätigungsglied gleichzeitig eine Berührung des Kühlbleches mit dem Behälter herbeiführt, wodurch die zu der Wärmemenge die notwendig ist, um das Betätigungsglied in seiner Arbeitslage zu halten, überschüssige Wärmeenergie vernichtet werden kann.The subject of the invention is a thermal operating switch, which consists of a closed container made of thermally conductive material, wherein the container is filled with a substance that is responsive to changes in temperature Has element and an actuator. A heater stands in with the container heat-exchanging relationship and a Kizblblech is provided, the arrangement is such that when the temperature in the container by the heater to a a predetermined value has been increased, the pressure in the container becomes effective in order to that the responsive to heat changes element the actuator in a working position moves, wherein the actuator at the same time a contact of the cooling plate with the container, whereby the amount of heat necessary to generate the To keep the actuator in its working position, excess thermal energy is destroyed can be.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung,in der eine iusführungsform der Erfindung beispielhaft veranschaulicht ist, beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen thermischen Betätigungsschalters, in der der Behälter in Richtung des Kühlbleches bewegt wird und Fig. 2 einen Schnitt einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, in der das Kühlblech in Richtung des Behälters bewegt wird.In the following the invention with reference to the drawing, in which exemplifies an embodiment of the invention is described. It shows: FIG. 1 a section through a first embodiment of one according to the invention thermal operating switch in which the Container towards of the cooling plate is moved and FIG. 2 shows a section of a second embodiment of the invention in which the cooling plate is moved towards the container.

Bezugnehmend auf die Zeichnung zeigt Figur 1 einen erfindungsgemäßen thermischen Betätigungsschalter mit einem geschlossenen Behälter 10 aus wärmeleitfähigem Material. Der Behälter 10 weist ein auf Wärmeänderungen ansprechendes Element in Form eines flexiblen Metallbalges 11 auf, der dazu dient, eine zweckentsprechende Flüssigkeit 12 in dem Behälter 10 einzuschließen. Das Unterende des Balges 11 ist über eine Stange 13 mit dem Oberende einer Wärmeisolationshaube 14 verbunden, welche den Behälter 10 thermisch von der Umgebung isoliert. Eine Schraubenfeder 15 häl-t den Balg 11 und die Haube 14 in Abstand zueinander. Eine elektrische Heizspirale 16 umgibt den Behälter 10 und ist derart ausgebildet, daß sie von einer geeigneten Energiequelle erregt werden kann (nicht dargestellt).Referring to the drawing, FIG. 1 shows one according to the invention thermal actuation switch with a closed container 10 made of thermally conductive Material. The container 10 has an element in FIG In the form of a flexible metal bellows 11, which is used to provide a suitable Enclose liquid 12 in container 10. The lower end of the bellows 11 is Connected via a rod 13 to the upper end of a thermal insulation hood 14, which the container 10 thermally insulated from the environment. A coil spring 15 holds the bellows 11 and the hood 14 at a distance from one another. An electric heating coil 16 surrounds the container 10 and is designed such that it is of a suitable Energy source can be excited (not shown).

Der Betätigungsschalter weist einedlauptventilkörper 17 auf, der aus einem Flüssigkeitseinlaß 18 und einem Flüssigkeitsauslaß 19 besteht und gleichzeitig ein Kühlblech 20 dem Unterende des Behälters 10 gegenüberliegend aufweist. Im Ventilkörper 17 ist ein Ventilsitz 21 ausgebildet und ein Ventildeckel 22 in Zusammenwirkung mit dem Ventilsitz 21 dient zur Trennung des Einlasses 18 vom Auslaß 19. Der Ventildeckel 22 ist gegen die Spannung einer Schraubenfeder 23 mittels einer Betätigungsstange 24 beweglich, welche gleitbar in dem Kühlblech 20 gelagert ist. Das Oberende der Stange 24 stützt sich gegen das Unterende des Behälters 10 und gleichzeitig ist eine Dichtung 25 in Verbindung mit der Stange 24 vorgesehen, um eine flüssigkeitsdichte Passung mit dem Auslaß 19 zu gewährleisten. Die gegenüberliegenden oder zusammengehörenden Flächen des Behälters 10 und des Kühibleches 20 sind von einem flexiblen Gehäuse 26 umschlossen, um das Eintreten von Schmutz oder anderen Fremdstoffen zu v1eEhindern, welche den Wärmeübergang zwischen dem Behälter/und dem Kühlblechystören könnten.The operating switch has a main valve body 17 which consists of a liquid inlet 18 and a liquid outlet 19 and at the same time a cooling plate 20 has the lower end of the container 10 opposite. In the valve body 17 a valve seat 21 is formed and a valve cover 22 in cooperation with the valve seat 21 serves to separate the inlet 18 from the outlet 19. The valve cover 22 is against the tension a coil spring 23 by means of a Movable actuation rod 24, which is slidably mounted in the cooling plate 20. The upper end of the rod 24 is supported against the lower end of the container 10 and at the same time a seal 25 is provided in connection with the rod 24 to ensure a liquid-tight fit with outlet 19. The opposite or surfaces of the container 10 and the cooling plate 20 that belong together are of a flexible housing 26 enclosed to prevent ingress of dirt or other To prevent foreign matter, which the heat transfer between the container / and could disturb the cooling plate.

Im Betrieb kann der Ventildeckel 22 vom Ventilsitz 21 durch Erregen der elektrischen Heizspirale 16 bewegt werden, wodurch Einlaß 18 und Auslaß 19 verbunden werden. Die zugeführte Wärme bewirkt ein Ausdehnen der Flüssigkeit 12, wodurch der Balg 11 zusammengedrückt wird, bis das Unterende des Behälters 1Q das Kühlblech 20 berührt. Wenn die Energiequelle der Heizspirale geschaltet wird, wird die in dem Behälter 10 gespeicherte Wärme schnell durch das Kühlblech 20 und åede daran vorbeiströmende Flüssigkeit abgeführt. Dadurch wird ebenfalls die Flüssigkeit 12 schnell abgekühlt, wodurch wiederum der Balg 11 sich ausdehnt und die Feder 23 den Ventildeckel 22 auf den Ventilsitz 21 drücken kann.In operation, the valve cover 22 can be removed from the valve seat 21 by excitation the electrical heating coil 16 are moved, whereby inlet 18 and outlet 19 connected will. The supplied heat causes the liquid 12 to expand, whereby the Bellows 11 is compressed until the lower end of the container 1Q the cooling plate 20 touched. When the energy source of the heating coil is switched on, the in The heat stored in the container 10 quickly through the cooling plate 20 and every one of it Liquid flowing past is discharged. This also causes the liquid 12 cooled quickly, which in turn the bellows 11 expands and the spring 23 the Valve cover 22 can press onto the valve seat 21.

Aus dem Vorangegangenen ist es ersichtlich, daß durch die beschriebene Anordnung elektrische Schaltvorgänge und die damit verbundenen Probleme vermieden werden und das gleichzeitig die Fehlergefahr im Betrieb verringert wird.From the foregoing it can be seen that the described Arrangement of electrical switching operations and the associated problems avoided and that at the same time the risk of errors in operation is reduced.

Ein derartiges System, bei dem der Behälter derart angeordnet ist, daß er auf das Kühlblech au/bewegt wird, ist bei einem Ventil von Vorteil, welches einen Wasserstrom steuert, bei dem die Maximaltemperatur des Wassers bekannt ist. In einen derartigen Falle trägt das in dem Ventil enthaltene Wasser zu dem Kühleffekt des Kiihlbleches bei, so daß die Wärmeabfuhr des Ventiles zusammen mit dem Wasser im Verhältnis zur maximal möglichen elektrischen Heizungsenergie als unendlich betrachtet werden kann, und daß die Wärmemenge, die praktisch abgeführt werden kann, lediglich durch die Wärmeleitfähigkeit der betreffenden Bauteile begrenzt wird.Such a system in which the container is arranged in such a way that that it is au / moved on the cooling plate is advantageous in a valve, which controls a water flow where the maximum temperature of the water is known. In such a case, the water contained in the valve contributes to the cooling effect of the cooling plate at, so that the heat dissipation of the valve together with the water considered infinite in relation to the maximum possible electrical heating energy can be, and that the amount of heat that can be practically dissipated, only is limited by the thermal conductivity of the components concerned.

In einer anderen Ausführungsform des erfindungagemäßen Betätigungsschalters,wie in Figur 2 veranschaulicht, ist das Kühlblech in Richtung des Behälters beweglich. In Figur 2 ist eine Flüssigkeit 27 durch einen abgedichteten Behälter 28 und einen flexiblen Metallbalg 29 umschlossen. Das Oberende des Balges 29 wird über ein Ende einer Schraubenfeder 31, deren anderes Ende in einen Träger 32 für ein Kühlblech 33 eingreift, in Berührung mit einer Betätigungsstange 30 gehalten. Der Träger 32 ist an dem Stößel 30 mittels Dichtungsscheiben 34 angeordnet. Der Behälter 28 weist eine elektrische Heizspirale 35 auf und ist durch Verstrebungen 36 an einer Wärmedänimplatte 37 befestigt.In another embodiment of the control switch according to the invention, such as illustrated in Figure 2, the cooling plate is movable in the direction of the container. In Figure 2, a liquid 27 is through a sealed container 28 and a flexible metal bellows 29 enclosed. The top of the bellows 29 is over one end a coil spring 31, the other end of which is inserted into a support 32 for a cooling plate 33 engages, held in contact with an operating rod 30. The carrier 32 is arranged on the tappet 30 by means of sealing washers 34. The container 28 has an electrical heating coil 35 and is through struts 36 on a Wärmedänimplatte 37 attached.

Der beschriebene Betätigungsschalter kann dazu dienen, ein Ventil (nicht dargestellt) auf gleiche Weise wie in der ersten Ausführungsform der Erfindung zu betätigen, wobei der einzige Unterschied darin besteht, daß das Eühlblech 33 nicht den zusätzlichen Vorteil der Wårmeabfuhr durch die durch das Ventil strömende Flüssigkeit aufweist.The actuation switch described can be used to control a valve (not shown) in the same manner as in the first embodiment of the invention to operate, the only difference being that the Eühlblech 33 does not have the added benefit of heat dissipation through the through the Has valve flowing liquid.

Obwohl die Erfindung von besonderer Zweckmäßigkeit ist, wenn sie in Verbindung mit Ventilen angewendet wird, ist sie jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt und ist gleichermaßen zweckmässig für andere Verwendungen, in denen ein erfindungsgemäßer Betätigungsschalter angewendet werden kann. In gleicher Weise ist der erfindungsgemäße Betätigungsschalter nicht auf Fälle beschränkt, in denen der Balg eine Flüssigkeit in dem Behälter einschließt, sondern gleichermaßen kann der Balg jedes Flüssigkeits-Dampf-Gemisch oder sogar ein zweckmäßiges Wachs einschließen.Although the invention is of particular usefulness when used in Connection with valves is applied, however, it is not applied to this application limited and is equally useful for other uses in which a operating switch according to the invention can be used. In the same way the operating switch according to the invention is not limited to cases in which the bellows encloses a liquid in the container, but equally can the bellows enclose any liquid-vapor mixture or even an appropriate wax.

Sämtliche in der Beschreibung erkennbaren und in den Zeichnungen dargestellten technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bed-eutung.All recognizable in the description and shown in the drawings technical details are important for the invention.

Claims

PATENT CLAIM RE

U Thermal actuation switch with a sealed container Made of thermally conductive material that contains a substance and changes to heat having responsive element and an actuator, with a heater in heat-exchanging relationship with the container and with a cooling plate, thereby g e k e n n n e i n e t that the pressure in the container (10), (28) when the temperature in the container (10, 28) by the heating device (16, 35) to a predetermined If the value has been increased, the element (11, 29) moves the actuating member (13, 24, 30) into a working position, the actuating member (13, 24, 30) at the same time serves to maintain contact between the container (10, 28) and to produce a cooling plate (20, 33), whereby the amount of heat is dissipated that is available in excess of the amount of heat that is necessary to generate the To hold the actuator (13, 24, 30) in its working position.

2. Actuating switch according to claim 1, characterized in that the container (10) is designed such that it is moved onto the cooling plate (20) and the actuator (13, 24) actuates a valve controlling a water flow.

3. Actuating switch according to claim 2, characterized in that the element (11) which is responsive to heat changes and consists of a flexible metal bellows (11), the movable end of which is connected to a heat-insulating hood is, which thermally insulates the container (10) from the environment.

4th Actuating switch according to Claim 2 or 3, characterized in that the heating device (16) consists of an electrical heating coil (16) powered by a suitable energy source can be excited.

5. Apparatus according to claim 2, 3 or 4, characterized in that that the valve consists of a main valve body (17) which has an inlet (18) and an outlet (19) and including the cooling plate (20), which the container (10) is arranged opposite.

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the main valve body (17) has a valve seat (21) for cooperation with a valve head (22), which is connected to the actuating member (24) and is resilient against the valve seat (21) is held, wherein the actuating member (24) is displaceable through the cooling plate (20) extends and rests against the opposite end of the container (10).

7. Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that the opposing or related surfaces of the container (10) and the cooling plate (20) are enclosed by a flexible housing (26) around the To prevent entry of dirt or other foreign parts, which the heat transfer between the container (10) and the cooling plate (20) could interfere.

8. Apparatus according to claim 1, characterized in that the cooling plate (33) is arranged such that it is moved onto the container (28).

9. Apparatus according to claim 8, characterized in that the on Element (29) responding to changes in heat is designed as a flexible metal bellows (29) whose movable end is connected to a support (32) by the actuating member (30) of the cooling plate (33) is connected and that the container (28) by means of struts (36) is attached to a thermal insulation board (37).

10. Apparatus according to claim 9, characterized in that the heating device (35) consists of an electrical heating coil (35), which is from a suitable energy source can be excited.

11. Actuating switch according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the in the container (10, 28) Substance is a liquid, a liquid-vapor mixture or a wax.