DE2121934A1

DE2121934A1 - Thermostatisch betätigte Regelventilanordnung für Einheiten von Vier-Leiter-Klimaanlagen

Info

Publication number: DE2121934A1
Application number: DE19712121934
Authority: DE
Inventors: Niels Peter Grand Augustenborg Graversen (Dänemark). P F24f3-06
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1971-05-04
Filing date: 1971-05-04
Publication date: 1972-11-16
Also published as: DE2121934B2; DE2121934C3

Description

DANFOSS A/S, No rdt) or g/Dänemark

THERMOSTATISCH BETÄTIGTE REGELVENTILANORDNUNG FÜR EINHEITEN VON VIER-LEITER-KLIMAANLAGEN

Die Erfindung bezieht sich auf eine thermostatisch betätigte Regelventilanordnung für Einheiten von Vier-Leiter-Klimaanlagen, über welche einem oder mehreren Wärmeaustauschern wahlweise Kühl- oder Heizmedium zuführbar ist.

In Vier-Leiter-Klimaanlagen sind getrennte Vorlauf- -und Rücklaufleitungen für das Kühlmedium und das Heizmedium vorhanden. Jede der von der Regelventilanordnung zu steuernden Einheiten besitzt entweder einen Wärmeaustauscher, durch den wahlweise Kühlmedium oder Heizmedium geleitet wird, oder zwei wahlweise betriebene Wärmeaustauscher, die an das System des Kühlmediums bzw. an das System des Heizmediums angeschlossen sind. Da der Einheit nicht gleichzeitig Kühlmedium und Heizmedium zugeführt werden darf, muß die Regelventilanordnung so arbeiten, daß in einem oberen Bereich der Raumtemperatur nur Kühlmedium und in einem unteren Bereich der Raumtemperatur nur Heizmedium zugeführt wird, wobei die beiden Arbeitsbereiche einander nicht überlappen dürfen, sondern eher-durch einen Temperatur-Zwischenbereich voneinander getrennt sind.

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Bei bekannten Ventilanordnungen wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß ein Raumtemperaturfühler ein Stellglied beeinflußt, das so- . wohl die Verschluß- und Regelorgane für das Kühlmedium als auch die Verschluß- und Regelorgane für das Heizmedium betätigt. Beispielsweise sind diese Verschluß- und Regelorgane an einem gemeinsamen Axial- oder Drehschieber angeordnet oder sie werden von einem gemeinsamen Ventilschaft verstellt. Hierfür werden aber komplizierte Sonderkonstruktionen, die entsprechend teuer sind, benötigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine thermostatisch w betätigte Regelventilanordnung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die billiger ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei thermostatische Ventile mit je einem eigenen thermostatischen System vorgesehen sind, das eine Flüssigkeitsfüllung hat und jeweils einen Fühler, eine Einstellvorrichtung veränderlichen Volumens und ein Arbeitselement aufweist, die über Kapillarrohre verbunden sind, und daß die Einstellvorrichtungen über eine eine gemeinsame Verstellung erzwingende Kupplung verbunden sind.

Bei dieser Anordnung können thermostatische Standardventile bek nutzt werden, die für viele Anwendungszwecke und in großen Stückzahlen hergestellt werden. Sie sind entsprechend preiswert. Änderungen der Raumtemperatur beeinflussen beide Fühler gleichmäßig, so daß auch beide Ventile eine entsprechende, temperaturabhängige Steuerung erfahren. Die einzige Verbindung zwischen den beiden Ventilen ist durch die Kupplung zwischen ihren Einstellvorrichtungen gegeben. Daher führt die Verstellung einer Einstellvorrichtung zu einer Sollwertänderung in beiden thermostatischen Systemen. Infolgedessen haben die Verschluß- und Regelorgane der beiden Ventile sowohl bei einer Änderung der Raumtemperatur als auch bei einer Verstellung des Sollwerts einen ähnlichen Gleichlauf, als ob sie, durch ein gemeinsames mechanisches Stellglied beeinflußt würden.

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Besondere Schwierigkeiten machte es bei den bekannten Regelventilanordnungen, das ^:Kühl- und Heizmedium mit Hilfe von Versdhlußstücken zu steuern, die mit Ventilsitzen zusammenarbeiten. Denn die Dichtflächen der Verschlußstücke müssen relativ zum sie verstellenden Ventilschaft beweglich sein, damxtr das einet-· Verschluß— stück sich bewegen kann, während das andere in der Schließstellung bleibt. ·

Bei der erfindungsmäßen Anordnung sind mit Vorteil ein Kälteventil und ein Wärmeventil vorgesehen, die je mindestens ein mit einem Sitz zusammenarbeitendes Verschlußstück· haben und es ist dem thermostatischen System eine Überdruckfeder zugeordnet und/oder zwischen Arbeitselement und Verschlußstück ein Totgang vorhanden. Ventile mit einem derartigen mechanischen und thermostatischen Aufbau sind handelsüblich. Bei der vorliegenden Anordnung übernimmt die Überdruckfeder bzw. der Totgang die Aufgabe, diejenigen Volumenänderungen auszugleichen, die auftreten, wenn, bei einer Sollwert-Verstellung oder bei einer Änderung der Raumtemperatur das Verschlußstück des einen Ventils auf seinem Sitz aufliegt, während das Verschlußstück des anderen Ventils in seinem Arbeitsbereich verstellt wird.

Sehr günstig ist es, wenn, jede Einstellvorrichtung ein Zahnrad aufweist und die Kupplung über ein zwischengeschaltetes Ritzel erfolgt. Auf diese Weise kann jede Einstellvorrichtung für sich justiert und dann erst die Kupplung mit dem Ritzel vorgenommen werden. "-,--. ·

Wenn überdies auf der Achse des Ritzels ein;Sollwert-Einstellknopf sitzt, kann das Kupplungsglied -gleichzeitig als Einstellglied benutzt werden.

Zwecianäßigerweise sind die Fühler, beider Systeme nebeneinander angeordnet. Dann ist eine große Sicherheit dafür gegeben, daß beide Fühler auch von derselben Raumtemperatur beeinflußt werden. "

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Bei einer ersten Anwendungsart sind zwei Drei-Wege-Ventile vorgesehen, die' mit einem Anschluß an den Eingang bzw. den Ausgang eines Wärmeaustauschers und mit den beiden anderen Anschlüssen je an eine Kühlmedium— und Heizmedium-Leitung angeschlossen sind.

Bei einer zweiten Ausführungsform ist ein Wärmeventil und Kälteventil vorgesehen*", von denen das eine in der Vorlauf- bzw. Rücklaufleitung eines ersten Wärmeaustauschers für das Heizmedium und das andere in der Vorlauf- bzw. Rücklaufleitung eines zweiten Wärmeaustauschers für das Kühlmedium angeordnet ist„

w Hierbei können das. Wärme- und das Kälteventil je zwei gegensinnig arbeitende Verschlußstücke haben, von denen das eine den Durchfluß durch den zugehörigen Wärmeaustauscher und das andere den Durchfluß durch eine diesen überbrückende Bypaßleitung derart steuert, daß die Summe des Durchflußwiderstandes etwa konstant ist. '"■-'

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung darge-^ stellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Regelventilanordnung> die den Zulauf und eine Bypassleitung zweier Wärmeaustauscher steuert,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Regelventilanordnung in vergrößerter Darstellung, teilweise im Schnitt,

Fig. 3 · in .schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Regelventilanordnung, die.den Zulauf zu zwei Wärmeaustauschern steuert und .

Fig. 4 in sehematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Regelventilanordnung, die den Zulauf zu einem gemeinsamen Wärmeaustauseher steuert.

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Eine Wärmeaustauscher-Einheit 1 der Klimaanlage weist einen Wärmeaustaucher 2 für das Heizmedium mit einem Vorlaufanschluß 3 und einem Rücklaufanschluß 4 sowie einen Wärmeaustauscher 5 für das Kühlmedium mit einem Vorlaufanschluß 6 und einem Rücklaufanschluß 7 auf. Die Klimaanlage weist vier Leiter auf, nämlich eine Vorlaufleitung 8 und eine Rücklaufleitung 9 für das Heizmedium sowie eine Vorlaufleitung 10 und eine Rücklaufleitung 11 für das Kühlmedium.

Die Regelventilanordnung weist ein Wärmeventil 12 und ein Kälteventil 13 auf. Das Wärmeventil 12 ist mit seinem Eintrittsstutzen 14 an die Vorlaufleitung 8, mit einem ersten Austrittsstutzen 15 an den Vorlaufanschluß 3 und mit einem zweiten Austrittsstutzen 16 an eine Bypassleitung 17 angeschlossen, die den Wärmeaustauscher 2 überbrückt. Das Kälteventil 13 ist mit seinem Eintrittsstutzen 18 an die Zulaufleitung 10, mit einem ersten Austrittsstutzen 19 an den Vorlaufanschluß 6 des Wärmeaustauschers 5 und mit einem zweiten Austrittsstutzen 20 an eine Bypassleitung 21 angeschlossen, die den Wärmeaustauscher 5 überbrückt.

Das Wärmeventil 12 weist ein Arbeitselement 22 auf, das über ein Kapillarrohr 23 mit einer Einstellvorrichtung 24 verbunden ist, von der ein weiteres Kapillarrohr 25 zu einem Fühler 26 führt. Das Kälteventil 13 weist ein Arbeitselement 27 auf, das über ein Kapillarrohr 28 zu einer Einstellvorrichtung 29 führt, die über .ein Kapillarrohr 30 mit einem zweiten Fühler 31 verbunden ist. Beide Fühler 26 und 31 liegen nebeneinander in der. Wärmeaustauscher-Einheit 1. Die beiden Einstellvorrichtungen 24 und 29 sind durch eine Kupplung 32 verbunden» Sie können gemeinsam durch einen Einstellknopf 33 verstellt werden.

Fig. 2 zeigt den Aufbau der verwendeten Regelventilanordnung im einzelnen. Das Wärmeventil 12 hat zwei Verschlußstücke 34 und 35, die mit zwei Sitzen 36 und 37 zusammenarbeiten. Ein Ventilschaft 38 wird durch eine Feder 39 in die veranschaulichte,

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obere Stellung gedruckt. Eine Kraft in entgegengesetzter-"Richtung wird vom Arbeitselement 22 über ein Druckstück 39 ausgeübt. Das Arbeitselement ist durch eine Membrandose 40 begrenzt. Ein Fortsatz 41 des Ventilschafts 38 greift durch eine abdichtende Packdose 42.

Die. Einstellvorrichtung 24 weist in einem Gehäuse 43 eine Balgdose 44 auf, deren eine Stirnseite durch ein Gewindestück 45 abgeschlossen ist. In das Gewindestück greift eine Schraube 46, die am freien Ende ein Zahnrad 47 trägt. Eine Überdruckfeder 48 erstreckt sich zwischen einem Flansch des Gehäuses 43 und einem Flansch eines Mitnehmers 49. Der Mitnehmer greift mit einem Flansch am anderen Ende an einer an der Schraube 46 angebrachten Ringscheibe 50 an/ Die Schraube hat daher im Normalfall eine vorgegebene Axiallage. Durch Verschrauben wird das Gewindestück 45 verstellt, wodurch sich das Volumen im Innern der Balgdose 44 ändert.·

Die Einstellvorrichtung 29 weist ein ähnliches Zahnrad 51 auf. Die beiden Zahnräder sind mit einem Ritzel 52 gekuppelt, auf dessen Achse 53 der Drehknopf 33 sitzt. Das Kälteventil 13 hat den gleichen Aufbau wie das Wärmeventil 12, jedoch ist·der Vorlaufanschluß 6 des Wärmeaustauschers 5 an den oberen Austrittsstutzen 19 und der Rücklaufanschluß 7 bzw. die Bypassleitung 21 an den unteren Austrittsstutzen 20 angeschlossen.

Bei der Montage werden die beiden Thermostatventile so justiert, daß mit steigender Temperatur zunächst das Wärmeventil 12 einen Hub vollführt, bis das Verschluß stück 35 auf seinem Sitz aufliegt. Erst dann durchläuft das Kälteventil 13, das bis dahin in seiner oberen Endlage verblieben war, seinen Hub.

In Fig. 2 wird angenommen, daß eine sehr niedrige Raumtemperatur vorhanden ist. Infolgedessen wird das gesamte Heizmedium vom : Wärmeventil 12 an den Wärmeaustauscher 2 gegeben. Steigt die · .

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Temperatur, so dehnt sich die Flüssigkeit im Fühler 2.6 aus und' der Ventilschaft 38 wird nach unten geschoben. Auch im Fühler, 31 findet eine Ausdehnung der Flüssigkeit statt. Diese hat aber·, keinen Einfluß auf das Kälteventil 13, weil wegen der erwähnten Justierung zunächst der Totgang zwischen dem Druckstück und dem Ventilschaft, durchlaufen werden muß. Wenn bei steigender Temperatur das Verschlußstück 35 seinen Sitz erreicht hat und die Temperatur noch weiter ansteigt, wird das zusätzliche Volumen, das nun nicht mehr vom Arbeitselement 22.aufgenommen werden kann, durch Zusammendrücken der Überdruckfeder in der Einstellvorrichtung 24 aufgenommen. Sobald das Verschlußstück 35 den Zulauf des Heizmediums zum- Wärmeaustauscher 2 unterbindet, kann das Kälteventil 13 den Zulauf des Kühlmediums zum Wärmeaustauscher 5 zulassen. Mit steigener Temperatur wird nunmehr der Ventilschaft des Kälteventils nach unten geschoben.

Wird ein anderer Sollwert gewünscht, genügt eine Drehung am ^Knopf 33. Diese führt zu einer gleichsinnigen Verstellung der beiden Einstellvorrichtungen 24 und 29, also zu einer ähnlichen Veränderung in den thermostatischen Systemen, als ob die Fühler eine Temperaturänderung anzeigen würden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 sind für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen gewählt worden. Unterschiedlich ist im wesentlichen, daß ein Wärmeventil 54 und ein Kälteventil 33 verwendet werden, die je-nur ein Verschlußstück aufweisen. Das Wärmeventil schließt mit zunehmender Temperatur. Das Kälteventil öffnet mit zunehmender Temperatur, sobald das Wärmeventil geschlossen hat.

Bei der Anordnung nach Fig. 4 ist eine Wärmeaustauscher>-einheit 56 lediglich mit einem einzigen Wärmeaustauscher 57 ausgestattet, der einen Vorlaufanschluß 58 und einen Rücklaufanschluß 59 aufweist. Vorlauf und Rücklauf werden von zwei gleichartigen, thermostatischen Ventilen 60 und 61 gesteuert. Diese sind je mit .

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zwei Verschlußstücken ausgestattet,, die relativ zueinander beweglich sind. Bei steigender Temperatur schließt zunächst das untere Verschlußstück, während das obere Verschlußstück noch geschlossen ist. Dann erst wird das obere Verschlußstück geöffnet. Auf diese Weise wird in einem unteren Temperaturbereich Heizmedium "durch den Wärmeaustauscher 57 geleitet, während in einem deutlich davon getrennten oberen Temperaturbereich Kühlmedium durch den Wärmeaustauscher strömt. Der Gleichlauf-Betrieb der beiden Ventile ist durch die erfindungsgemäße Auslegung der Regelventilanordnung sichergestellt.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Thermostatisch betätigte Regelventilanordnung für Einheiten von Vier-Leiter-Klimaanlagen, über welche einem oder mehreren Färmeaustauschern wahlweise Kühl- oder Heizmedium zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwei thermostatische Ventile (12, 13; 54, 55; 60, 61) mit je einem eigenen, thermostatischen System vorgesehen sind, das eine Flüssigkeitsfüllung hat und jeweils einen Fühler (26, 31), eine Einstellvorrichtung (24, 29) veränderlichen Volumens und ein Arbeitselement (22, 27) aufweist, die über Kapillarrohre (23, 25, 28, 30) verbunden sind, und daß die Einstellvorrichtungen über eine eine gemeinsame Verstellung erzwingende Kupplung (32) verbunden sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kälteventil (13; ^) und ein Wärmeventil (12; 54) vorgesehen sind, die je mindestens ein mit einem Sitz (36, 37) zusammenarbeitendes Verschlußstück (34, 35) haben, und daß dem thermostatischen System eine Überdruckfeder (48) zugeordnet und/ oder zwischen Arbeitse.lement (22) und Verschluß stück (34, 35) ein Totgang vorhanden ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einstellvorrichtung (24, 29) ein Zahnrad (47, 51) aufweist und die Kupplung über ein zwischengeschaltetes Ritzel (52) erfolgt.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Achse (53) des Ritzels (52) ein Sollwert-Einstellknopf (33) sitzt.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühler (26, 31) beider Systeme nebeneinander angeordnet sind. · "

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6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1'bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Drei-Wege-Ventile (60, 61) vorgesehen sind, die mit einem Anschluß an den Eingang (58) bzw. den Ausgang (59) eines Wärmeaustauschers (57) und mit den beiden anderen Anschlüssen je an eine Kühlmedium- und Heizmediumleitung (8 -11)·angeschlossen sind.(Fig. 4)
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmeventil (12, 54) und ein Kälteventil (13, 55) vorgesehen sind, von denen das eine in der Vorlauf-

w bzw. Rücklaufleitung eines ersten Wärmeaustauschers (2) für das Heizmedium und das andere in der Vorlauf- bzw. Rücklaufleitung eines zweiten Wärmeaustauschers (5) für das Kühlmedium angeordnet ist (Fig. 1 und 3).
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärme- und das Kälteventil je zwei gegensinnig arbeitende Verschluß stücke (34, 35) haben, von denen das eine den Durchfluß durch den zugehörigen Wärmeaustauscher (Z₃ 5) und das andere den Durchfluß durch eine diesen überbrückende Bypassleitung (17, 21) derart steuert, daß die Summe des Durchflußwiderstandes etwa konstant ist.

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