DE3416096A1

DE3416096A1 - Vorrichtung zur elektrisch leistungsarm steuerbaren einzelabschaltung von heizkoerpern

Info

Publication number: DE3416096A1
Application number: DE19843416096
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.-Ing. 1000 Berlin Busse; Günter Dipl.-Ing. 3013 Barsinghausen Oberjatzas; Hans-Joachim Dr.-Ing. 3005 Hemmingen Platte
Original assignee: PLATTE HANS JOACHIM DR ING
Current assignee: PLATTE HANS JOACHIM DR ING
Priority date: 1983-05-03
Filing date: 1984-04-30
Publication date: 1985-01-17

Description

Dr.-Ing. Hans-Joachim Platte
Königsberger Weg 22 D-3005 Hemmingen 4 und Dipl.-Ing. Günter Oberjatzas Langenkampstr. 42 D-3013 Barsinghausen Vorrichtung zur elektrisch leistungsarn steuerbaren Einzel abschaltung von Heizkörpern Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energieeinsparung in Zentralheizungssystemen und zur Erweiterung des Komforts und der Regelmöglichkeiten bekannter thermostatischer Regelventile. Mit der Erfindung wird es zusätzlich zur normalen Funktion des thermostatischen Regelventils möglich, einzelne Heizkörper in Abhängigkeit von anderen, nicht notwendig temperaturabhängigen Parametern (z.B. der Uhrzeit) automatisch ein- oder auszuschalten. Durch die geringe zum Schalten erforderliche elektrische Energie kann die erfindungsgemässe Vorrichtung aus Batterien versorgt werden. Ein Anschluss der Vorrichtung an das häusliche Lichtnetz ist nicht erforderlich.
Bekannte Vorrichtungen zur Einzelabschaltung von Heizkörpern verwenden elektrische Heizelemente, mit denen zur Abschaltung eines Heizkörpers das Fühleiement des jeweiligen thermostatischen Regelventiles elektrisch über die jeweilige Raumtemperatur hinaus erwärmt wird. Die zur Erwärmung des Fühlelements erforderliche elektrische Heizleistung muß für die gesamte Dauer der Heizkörperabschaltung in elektrischer Form zugeführt werden. Die bekannten Vorrichtungen erfordern daher stets eine Verbindung zum häuslichen Lichtnetz. Damit wird die Installation bekannter Vorrichtungen sehr aufwendig, da in der Nähe eines jeden Heizkörpers eine Steckdose zu installieren ist. Von einer Nachrüstung eines bestehenden Heizungssystems mit diesen bekannten Vorrichtungen zur Einzelabschaltung von Heizkörpern wird in der Praxis meist gerade wegen dieses Installationsaufwandes abgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zur Beheizung des Fühlelements eines thermostatischen Regelventils notwendige Energie für die Umschaltung zwischen dem bekannten Regelbetrieb des Ventils und einer gesteuerten Beheizung des Fühlelements zur Abschaltung des Heizkörpers so zu verringern, daß ein reiner Batteriebetrieb möglich ist und eine einfache Nachrüstung in bestehenden Heizungssystemen ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Anspruchs sind durch die Unteransprüche gegeben. Die Erfindung ist besonders vorteilhaft für eine zeitgesteuerte regelmässig wiederkehrende Abschaltung vorbestimmter Heizkörper eines Zentralheizungssystems geeignet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: Fig.1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem vom Heizkreislauf getrennten Flüssigkeitsumlauf, Fig.2 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem mit dem Heizkreislauf verbundenen Flüssigkeitsumlauf, Fig.3 ein elektrisch schaltbares bistabiles Flüssigkeitsventil mit zwei Erregerspulen, Fig.4 ein elektrisch schaltbares bistabiles Flüssigkeitsventil mit nur einer Erregerspule, Fig.5 ein weiteres elektrisch schaltbares bistabiles Flüssigkeitsventil mit zwei Erregerspulen, Fig.6 ein weiteres elektrisch schaltbares bistabiles Flüssigkeitsventil mit nur einer Erregerspule, Fig.1 zeigt die prinzipielle Anordnung eines vom Heizkreislauf getrennten und eine Wärmebrücke bildenden Flüssigkeitskreislaufs. Ein etwa lotrecht angeordnetes Steigrohr 1 ist mittels einer Rohrschelle 2 thermisch leitend mit einem wärmeführenden Rohr 3 des Heizungsvorlaufs verbunden. Durch Wärmeübergang zwischen diesem Rohr 3 des Heizungsvorlaufs und dem Steigrohr 1 kommt im Rohrsystem der Fig.1 ein Flüssigkeitskreislauf nach dem Schwerkraftumlaufprinzip in Gang, durch den die erwärmte Flüssigkeit je nach Stellung des Umschaltventils 4 entweder zum Wärmetauscher 5 oder zum Wärmetauscher 6 geleitet wird. Im Wärmetauscher 5 kommt die umlaufende Flüssigkeit in thermischen Kontakt mit dem Fühlelement 7 eines bekannten thermostatischen Regelventils. Im Wärmetauscher 6 wird lediglich eine Wärmeabgabe an die Umgebungsluft so durchgeführt, daß hierdurch keine Erwärmung des Fühlelements 7 erfolgt.
Eine Umschaltung der Flüssigkeitsströmung zwischen den Wärmetauschern 5 und 6 erfolgt durch das Umschaltventil 4.
Wird die Flüssigkeitsströmung durch den Wärmetauscher 5 geführt, so wird das Fühlelement 7 des bekannten thermostatischen Ventils 8 über die Raumtemperatur hinaus aufgeheizt. Die dem Fühlelement 7 so simulierte erhöhte Umgebungstemperatur wird durch das Regelventil 8 umgesetzt in eine Drosselung des Heizwasserzuflusses 9 zum Heizkörper und führt damit zu einer Verringerung der vom Heizkörper umgesetzten thermischen Leistung. Bei ausreichend hoher Temperatur des Fühlements 7 erfolgt praktisch eine vollständige Abschaltung des Heizkörpers. Falls nun die Ankopplungsstelle 3 des Steigrohrs 1 im ungünstigeren Fall innerhalb einer Stichleitung liegt, die nur zum zu schaltenden Heizkörper führt, so werden bei dessen Abschaltung nach einer durch die beteiligten Wärmekapazitäten und Wärmewiderstände bestimmten Zeitkonstanten auch die Wärmeabgabe an das Steigrohr 1 und damit der Flüssigkeitsumlauf der Fig.1 zum Erliegen kommen; das Fühlelement 7 wird mit einer entsprechenden Zeitkonstanten auf Raumtemperatur abkühlen, worauf das Regelventil 8 den Heizwasserzufluß wieder öffnet.
Bei unveränderter Stellung des Umschaltventils 4 wird jedoch nach einer kurzzeitigen öffnung des Heizwasserzuflusses der vorher beschriebene zur Abschaltung des Heizkörpers führende Vorgang erneut ablaufen. Die sich so aufbauende Regel schwingung mindert zwar die energiesparende Wirkung der Erfindung, hebt diese jedoch keinesfalls auf.
In einer zweiten Stellung des Umschaltventils 4 wird der umlaufende Flüssigkeitsstrom durch den Wärmetauscher 6 geführt, in dem die transportierte thermische Leistung an die Umgebungsluft abgegeben wird.
Dieser thermische Bypass ist zur Funktion der Anordnung nach Fig.1 nicht zwingend erforderlich. Er hält lediglich die Flüssigkeitströmung aufrecht.
Fig.2 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Flüssigkeit zur Beheizung des Fühlelements 7 eines bekannten thermostatischen Regelventils 8 direkt dem Heizkreislauf entnommen wird. Hier zweigt vorlaufseitig ein Rohr 10, dessen Durchmesser wesentlich kleiner als der Durchmesser des Vorlaufrohrs 9 ist, von diesem ab. Bei entsprechender Stellung des Abschaltventils 16 wird der Flüssigkeitsstrom zum Wärmetauscher 5 am Fühlelement 7 des bekannten thermostatischen Regelventils 8 geleitet.
Durch Aufheizung dieses Fühlements wird auch hier eine Drosselung bzw.
Abschaltung des Heizwasserstroms 11 zum Heizkörper erreicht.
Ein Vorteil der Ausführungsform nach Fig.2 ist die Tatsache, daß der zur Heizung des Fühlelements 7 erforderliche Energietransport auch bei abgeschaltetem Heizkörper erfolgt. Dieser Vorteil ist jedoch in der praktischen Anwendung mit einem größeren Aufwand bei der Nachrüstung dieser Ausführungsform in bereits bestehende Heizungsanlagen zu erkaufen. Denn hier muß das Stellventil ausgetauscht werden, was nur nach zumindest teilweiser Entleerung des Heizwassersystems möglich ist.
Der Vorteil der Ausführungsform nach Fig.1 liegt dafür in der einfachen, im Do-It-Yourself-Verfahren durchführbaren Nachrüstung in bestehende Heizungssysteme.
Das Umschaltventil 4 der Fig.1 wird ebenso wie das Abschaltventil 9 der Fig.2 durch eine impulsartige Erregung an den jeweiligen Anschlußklemmen 14 bzw. 15 von einem Schaltzustand in den anderen gesteuert. Beide Ventile sind bistabil ausgeführt, d.h. sie behalten ihren jeweiligen Schaltzustand bis zur nächstfolgenden elektrischen Erregung bei.
Fig.3 bis Fig.6 zeigen Ausführungsformen für die in Fig.1 und Fig.2 verwendeten Ventile. Das Umschaltventil der Fig.3 benutzt eine Kugel 20 zum Verschluß jeweils eines der Austrittsrohre 21 und 22. Durch geeignete muldenartige Ausformung der Kugelsitze 23 und 24 wird -entsprechende Einbaulage und Strömungsrichtung vorausgesetzt - eine stabile Kugelruhelage im stromlosen Zustand der Erregerspulen 25 und 26 erreicht. Durch eine geeignete impulsartige Erregung einer der beiden Spulen 25 und 26 wird eine Umschaltung zwischen den beiden Flüssigkeitsauslässen 21 und 22 ausgelöst.
Fig.4 zeigt ein Umschaltventil, bei dem zum Verschluß von jeweils einem der beiden Flüssigkeitsauslässe 31 und 32 ein mit einer Bohrung 34 versehener Schieber 30 verwendet wird. Der im Bereich der Spule 33 befindliche Teil des Schiebers 30 ist dauermagnetisch, so daß die Lage des Schiebers nach einer elektrischen Erregung der Spule 33 durch die Polarität des die Spule 33 erregenden Stromimpulses bestimmt ist.
Fig.5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Umschaltventils, bei dem ein dauermagnetischer Schieber 40 jeweils einen der beiden Flüssigkeitsauslässe 41 und 42 verschließt. Die Umsteuerung des Schiebers 40 erfolgt durch einen Stromstroß entsprechender Polarität in den beiden Wicklungsteilen 43 und 44 der Erregerspule.
Fig.6 zeigt ein Absperrventil mit dauermagnetischem Schieber 50 und Erregerspule 51. Bei elektrischer Erregung der Spule 51 wird der Schieber 50 in eine der beiden Ruhelagen bewegt. In der gezeichneten Ruhelage kann der Flüssigkeitsstrom durch die Rohre 52 und 53 das Absperrventil ungehindert passieren; in der anderen Ruhelage wird die Verbindung zwischen den beiden Rohren 52 und 53 unterbrochen.

Claims

Patentansprüche Vorrichtung zur elektrisch leistungsarm steuerbaren Einzelabschaltung von Heizkörpern an einem gemeinsamen Heizkreislauf, dadurch gekennzeichnet, daß das Fühlelement (7) eines thermostatischen Regelventils (8), mit dem der Durchfluß des Heizmediums durch einen Heizkörper gesteuert wird, mit einer elektrisch schaltbaren bistabilen Wärmebrücke zu solchen Teilen des Heizkreislaufs versehen ist, die zeitweilig oder ständig in thermischem Kontakt mit dem umiaufenden Heizmedium stehen.
2. Vorrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebrücke zwischen dem Fühlelement (7) des bekannten Thermostatventils (8) und einem wärmeführenden Teil (3) des Heizkreislaufs durch einen Flüssigkeitsumlauf zwischen diesen Teilen gebildet wird.
3. Vorrichtung nach dem Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Heizkreislauf getrennter, die Wärmebrücke bildender Flüssigkeitsumlauf im Bereich der Kontaktstelle zum wärmeführenden Teil (3) des Heizkreislaufs in einem Steigrohr (1) verläuft und der vom Heizkreislauf getrennte Flüssigkeitsumlauf so nach dem bekannten Prinzip des Schwerkraftumlaufs allein durch thermische Energiezufuhr im Bereich der Kontaktstelle zum wärmeführenden Teil (3) in Gang kommt.
4. Vorrichtung nach dem Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Wärmebrücke bildende Flüssigkeitsstrom direkt dem Heizmittel-Vorlauf (9) entnommen wird und dieser Flüssigkeitsstrom nach Wärmeabgabe an das thermostatische Fühlelement (7) wieder dem Heizmittel-Rücklauf (11) zurückgeführt wird.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsumlauf und damit die Wärmeübertragung zwischen dem wärmeführenden Teil (3) des Heizungsvorlaufs und dem thermostatischen Fühlelement (7) durch ein elektrisch schaltbares Flüssigkeitsventil (4) oder (16) zu unterbrechen und wieder freizugeben ist.
6. Vorrichtung nach dem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch schaltbare Flüssigkeitsventil (4) oder (16) mit bistabilen Ruhelagen so versehen ist, daß ein einmal geöffneter oder gesperrter Ventilzustand jeweils selbsttätig bis zur nächsten elektrisch ausgelösten Umschaltung beibehalten wird.
7. Vorrichtung nach dem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung des Ventils (4) oder (16) mit bistabiler Ruhelage mit einen Stromstoß durch eine Erregerspule erfolgt und die Polarität des Stromflusses bestimmt, ob das Ventil (4) oder (16) nach Abklingen des erregenden Stromes geöffnet oder geschlossen ist.
8. Vorrichtung nach dem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung des Ventiles (4) oder (16) mit bistabiler Ruhelage mit einem Stromstoß durch eine von zwei getrennten Erregerspulen erfolgt und durch die Wahl der zu erregenden Spule festgelegt ist, ob das Ventil nach Abklingen des erregenden Stromes geöffnet oder geschlossen ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das den wärmetauschenden Flüssigkeitsstrom unterbrechende Ventil (4) als Umschaltventil ausgebildet ist, mit dem der Wärme transportierende Flüssigkeitsstrom wahlweise entweder zum thermostatischen Fühlelement (7) oder zu einer Stelle (6) geführt wird, an der die Wärme als Abwärme an die Umgebung abgegeben wird, ohne daß es hierdurch zu einer Aufheizung des thermostatischen Fühlementes (7) kommt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch schaltbare Wärmebrücke mit einem elektronischen Schaltuhrbaustein, einer gemeinsamen Batterieversorgung und einem bekannten Thermostatventilkopf so zu einer Einheit zusammengefasst ist, daß zur betriebsfähigen Nachrüstung dieser Vorrichtung an einem Heizkörpers lediglich der Austausch eines bekannten Ventiles oder Ventilkopfes erforderlich ist.
11. Vorrichtung nach dem Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch schaltbare Wärmebrücke am Thermostatventil mit einem Schaltungsteil zum Empfang von Infrarot-Befehlssignalen ausgestattet ist, durch die ein Aus- oder Wiedereinschalten des jeweiligen Heizkörpers ausgelöst werden kann.
12. Vorrichtung nach dem Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Batterieversorgungsteil des Anspruchs 10 mit einem Schaltungsteil zur automatischen Wiederaufladung und Pufferung der Batterien über Umwandlung von in der Umgebung verfügbaren Energieformen (z.B.

thermischer Energie und Strömungsenergie des Heizkreislaufs) in elektrische Energie versehen ist.