DK163447B - Termisk indstillingsmotor, isaer for ventiler - Google Patents

Description

DK 163447 B

Opfindelsen angår en termisk indstillingsmotor, især for ventiler, ifølge overbegrebet til krav 1.

En kendt termisk indstillingsmotor (US-PS 2 379 124) tjener til aktivering"af en sikkerhedsventil i gastilledningen til 5 en ovn. Sikkerhedsventilen reagerer, når tændflammen slukker. Der er to mod hinanden virkende arbejdselementer, som hvert er forbundet med en beholder. Den ene beholder står under indflydelse af tandflammen, den anden beholder skal i lettere grad være påvirket af denne tændflamme. Fyldningen 10 består af luft eller et andet egnet medium. Ved en luft- eller gasfyldning afhænger gastrykket af temperaturerne i beholderen og i arbejdselementet, altså af en temperatur-middelværdi. Derfor er også dets reaktionsadfærd forholdsvis langsom.

15 Endvidere kendes en termisk indstillingsmotor (US-PS

2 989 281) med to med en væske-damp-fyldning forsynede bælgdåser, som påvirker et ventil-indstillingsled i modsat retning. De to bælgdåsers bunde er under mellemkobling af en termoelektrisk varmepumpe anbragt husfast. Bæreren består af 20 et varmeisolerende materiale. Den termoelektriske varmepumpe kan ved hjælp af en omskifter valgfrit i den ene eller anden retning forsynes med en indstillelig strøm. Derfor afkøles den ene bælgdåse og den anden opvarmes. På grund af temperaturforskellene fas forskellige damptryk, på grund af hvilke 25 ventilen enten er lukket eller åbnes. Også her er arbejdshastigheden langsom, selv når man går til den øvre grænse af de for sådanne anvendelsesformål sædvanligvis tilladelige strømme. Desuden kræves en ret betydelig elektrisk energi for at holde bælgdåserne på det ønskede temperaturniveau.

30 Formålet med opfindelsen er at angive en indstillingsmotor af den i indledningen beskrevne art, som under ellers ens forudsætninger indstilles væsentlig hurtigere og/eller kan drives med en betydelig lavere effekt.

Denne opgave løses ifølge opfindelsen ved de midler, der er angivet i den kendetegnende del i krav 1 og alternativt ved de midler, der er angivet i den kendétegnende del i kr.av 2.

2

DK 163447 B

Ved denne konstruktion sørger de specielle foranstaltninger 5 for, at den .trykbestemmende fas.e af fyldningsmediet, altså væsken af henholdsvis væske-damp-fyldningen og metalhydrid, også under driften forbliver i beholderen, der er forbundet med arbejdselementet. Derfor er damptrykket en funktion af beholdertemperaturen. For at indstille indstillingsmotoren 10 behøver tempereringsanordningerne kun at ændre den tilhørende beholders temperatur. Da denne beholder i sammenligning med arbejdselementet er lille, og der derfor skal henholdsvis opvarmes eller afkøles en tilsvarende ringe masse, sker temperaturændringerne hurtigt og/eller meget lave elektriske 15 effekter er tilstrækkelige til henholdsvis at bevirke indstillingen eller at opretholde en bestemt stilling.

Selv om det tilstræbte resultat allerede indtræder, når beholderen kun er halvt så stor som arbejdselementet, foretrækkes væsentlig mindre beholdere, fx med en størrelse på 20 mindre end 10% af et arbejdselements størrelse, fordi de tilstræbte effekter ifølge opfindelsen optræder mere udpræget. I praksis har dimensionerne ifølge krav 3 vist sig som særlig fordelagtige. Ved sådanne små beholdere reagerer indstillingsmotoren overordentlig hurtigt, når tempereringsan-25 ordningen tilføres effekt. Den nødvendige effekt er yderst ringe. Den ligger på 0,25 - 0,5 W.

Når beholderne ifølge krav 4 er udsat for omgivelsesluften, tilpasses beholdertemperaturen hurtigt omgivelsestemperaturen efter frakobling af tempereringsanordningen.

30 Med den videre udformning ifølge krav 5 kan også små beholdere monteres sikkert.

DK 163447 B

3

Ved anvendelsen af to elektriske varmelegemer ifølge krav 6 bevirkes ved styring af det ene eller det andet varmelegeme en indstilling i den ene eller anden retning. Ved anvendelse af en termoelektrisk varmepumpe ifølge krav 7 er meget 5 små Peltierelementer med tilsvarende lav effekt tilstrækkelige.

Foranstaltningerne i kravene 8-10 kan bruges generelt, men er særlig egnede til at realisere den kendetegnende del e1 ) i krav 1. Det opnås på enkelt måde, at beholderens tempera-10 tur trods varmetilførslen holdes på en lavere værdi end be-holdertemperature.n, således at kondensationen til enhver tid finder sted i beholderen. Den hertil nødvendige elektriske effekt kan holdes meget lav ved hjælp af varmeisolationen.

Det kommer ikke an på at give arbejdselementerne forskellig 15 temperatur; de kan tværtimod have den samme temperatur.

Konstruktionen i krav 11 er mulig, fordi kapslerne har den samme temperatur. Bælgdåseparret kan præfabrikeres som enhed og indsættes i indstillingsmotoren.

Kapillarrøret i krav 12 tillader en stor frihed ved anbrin-20 gelsen af beholderen med hensyn til det tilhørende arbejds-element.

Ved alternativet ifølge krav 13 danner arbejdselement og beholder en komponent og kan derfor let monteres.

Opfindelsen forklares nærmere nedenstående ved hjælp af på 25 tegningen viste, foretrukne udførelseseksempler, der viser i fig. 1 et længdesnit gennem en indstillingsmotor ifølge opfindelsen, fig. 2 et længdesnit gennem en varieret udførelsesform,

DK 163447 B

4 fig. 3 den skematiske fremstilling af en tredie udførel-sesform og fig. 4 en skematisk fremstilling af et med beholderen stift forbundet arbejdselement.

5 Indstillingsmotoren i fig. 1 har en sokkel 1, som - på lignende made som en termostatopsats - kan påsættes et ventilhus. Fjedrende ben 2 skubbes herved over en vulst på ventilhuset og holdes fast ved hjælp af et i en omkredsnot 3 indsat spændbånd.

10 To arbejdselementer 4 og 5 har hver en kapsel 6 og 7, hvis bunde 8 og 9 er forbundet fast med hinanden ved hjælp af punktsvejsning. På omkredsen er der mellem de to bunde indsat en fælles varmevikling 10. Arbejdselementets 4 indvendige rum 11 begrænses af kapslen 6, en ringflange 12 og en 15 fjedrende bælg 13 med endeplade 14. Sidstnævnte virker over en trykstift 15 af varmeisolerende materiale på en indstillingsplade 16. Denne indstillingsplades centriske fordybning 17 kan optage en ventilens lukkestykke mod kraften af en tilbagestillingsfjeder aktiverende stift. Arbejdselementets 20 5 indvendige rum 18 begrænses af kapslen 7, en ringflange 19 og en fjedrende bælg 20 med endeplade 21. Sidstnævnte virker over en trykstift 22 af varmeisolerende materiale og en aktiveringsbro 23 på indstillingspladen 16. Desuden er trykstiften 22 belastet af en børværdi-fjeder 24, som understøt-25 tes på en plade 25, der kan indstilles aksialt ved hjælp af en skrue 26. En varmeisolation 27 omgiver de to arbejdselementer 4 og 5.

Et endedæksel 28 er over forlængelser 29 forbundet med de to arbejdselementer 4 og 5 samt varmeisolationen 27 til en kom-30 ponent, som er holdt mod forlængelser 30 af soklen 1. En kappe 31, som ved hjælp af en rasteforbindelse 32 er forbundet med soklen 1, holder med en indre flange 33 komponenten

DK 163447 B

5 på plads. På denne måde er skruen 26, som kan indstilles gennem en centralåbning 34, fastholdt aksialt.

I dækslet 28 er der anbragt to beholdere 35 og 36, som hver indeholder væskemængden 37 og 38 af arbejdselementets 4 og 5 5 væske-damp-fyldning. De to arbejdselementers fyldninger er ens. Beholderen 35 er over et som kapillarrør udformet mellemstykke 39 forbundet med arbejdselementets 4 indvendige rum 11, beholderen 36 er over et som kapillarrør udformet mellemstykke 40 forbundet med arbejdselementets 5 indvendige 10 rum 18. Beholderen 35 samvirker med en elektrisk varmemod-stand 41, beholderen 36 med en elektrisk varmemodstand 42.

Hvis begge arbejdselementer 4 og 5 har den samme temperatur i en driftssituation og derfor virker med det samme damptryk, fås en trykligevægt, ved hvilken indstillingspladen 16 15 og dermed også lukkestykket af den aktiverede ventil indtager en neutralstilling. Dette er alene bestemt af den positionsafhængige kraftligevægt, hvorved den fjedrende bælg 13 og ventilfjederen virker i den ene retning, og den fjedrende bælg 20 og børværdi-fjederen 24 virker i den anden retning.

20 Tilvejebringes en temperaturforskel ved forskellig opvarmning af beholderne 35 og 36, fx ved at varmemodstanden 41 opvarmer beholderen 35 kraftigere, end varmemodstanden 42 opvarmer beholderen 36, opstår der en trykforskel i de to arbejdselementer 4 og 5 og derved en difference af de tempe-25 raturafhængige kræfter. Følgelig indtræder en ændring af de positionsafhængige kræfter; spindelen bevæger sig i retning fra det varmere til det koldere arbejdselement.

• Den højeste bevægelseshastighed opnås, når det ene arbejds-element opvarmes, mens det andet afkøles af den omgivende 30 luft. Ventilens stilling og dens bevægelseshastighed kan derfor i begge retninger styres symmetrisk omkring neutralstillingen ved, at strømmen i varmemodstandene og derved temperaturen i beholderne 35 og 36 styres.

DK 163447 B

6

Det indvendige rum af hver beholder 35 og 36 udgør kun 0,2 cm3. Væskemængden er endnu mindre. Som følge deraf kan damptrykket hurtigt ændres og opretholdes med ringe varmeef-fekt. Tilsvarende hurtigt reagerer også indstillingsmotoren.

5 Arbejdselementernes 4 og 5 mindste volumen udgør derimod 5 cm3. Som følge heraf er en varmeeffekt på 0,25 - 0,5 W tilstrækkelig ved varmelegemerne 41 og 42. På grund af isoleringen 27 er en varmeeffekt på ca. 1 W tilstrækkelig for varmeviklingen 10. Alt i alt er temperaturkravet ringe. Til 10 indstillingsmotoren kan der derfor anvendes prisgunstige, sædvanlige termoplastiske materialer. Også de elektriske ledninger kan have et lille tværsnit, da strømmen er meget lav.

I fig. 2 anvendes der for tilsvarende dele henvisningsbeteg-15 neiser forhøjet med 100 i forhold til fig. 1. Først ses hvordan soklens 101 fjedrende ben 102 ved hjælp af spændbån-det 50 er påspændt et ventilhus 51, og en ventilaktiveringsstift 52 rager ud af en pakdåse 53.

I dette tilfælde er hvert arbejdselement 104 og 105 forsynet 20 med en egen varmevikling 110, 110a, som vedvarende forbliver indkoblet. Arbejdselementets 104 kapsel 106 understøttes på dækslet 128, arbejdselementets 105 kapsel 107 understøttes på soklen 101. Som følge heraf er de to trykstifter 115 og 122 vendt mod hinanden. De virker på broen 123, som står i 25 forbindelse med indstillingspladen 116. På kappens 131 udvendige side befinder der sig en fatning 54, som bærer flere påstikningsstifter 55 og 56. På denne kan en stikdåse 57 med en kabeltilslutning 58 påsættes. Over denne anordning kan de enkelte varmeelementer tilføres strøm.

30 Denne udførelsesforms virkemåde svarer til den i fiq. 1.

Ved udførelsesformen i fig. 3 benyttes der henvisningsbetegnelser forhøjet med 200 i forhold til fig. 1. Den væsentlige

DK 163447 B

7 forskel består i, at de to beholdere 235 09 236 påvirkes af en ter.moelektrisk varmepumpe, nemlig et Peltierelement 241, som ved indkoblingen fratager den ene beholder varme og tilfører den anden varme. Ved omkobling af strømretningen kan 5 også varmestrømmen vendes om. Desuden er en gennemgående varmevikling 210 lagt omkring de to arbejdselementers 204 og 205 omkredse.

I fig. 4 benyttes der for tilsvarende dele henvisningsbetegnelser forhøjet med 300 i forhold til fig. 1. Beholderen 335 10 er under mellemkobling af et som isoleringsblok udformet mellemstykke 339,- som har en boring 343 som kanal, stift forbundet med arbejdselementets 304 udvendige kapsel 306. Beholderen har en metalhydrid-fyldning 337, som er adskilt fra kanalen 343 ved hjælp af en membran 344. Denne membran 15 er kun gennemtrængelig for brint, men ikke for metalhydrid 337. Membranen er understøttet på en prop 345, som på grund af sin porøsitet har en begrænset gennemtrængelighed. Varme-anordningen 341 er antydet som ring.

Det er også muligt at forsyne de to arbejdselementer med 20 bælgelementer af forskellig størrelse og at anbringe de tilsvarende bælge centrisk i hinanden. I dette tilfælde skal der anvendes to forskellige fyldmedier.

Claims (13)

1. Termisk indstillingsmotor, især for ventiler, med to i modsat retning på en aktiveringsbro (23; 123; 223) virkende arbejdselementer (4, 5; 104, 105; 204, 205; 304), især bælgdåser, som hvert har en fyldning med tempera- 5 turafhængigt damptryk, og hvert er forbundet med en be holder (35, 36; 135, 136; 235, 236; 336) over et mellemstykke (39, 40; 139, 140; 239, 240; 339), indeholdende en kanal, som termisk i det mindste delvist isolerer arbejdselement og beholder fra hinanden, og be-10 holderen har en med beholderne forbundet tempererings anordning (41, 42; 141, 142; 241; 341) til forskellig termisk påvirkning af de to fyldninger, kendetegnet ved, a) at udelukkende beholderen (35, 36; 135, 136; 235, 15 236) indeholder det trykbestemmende medie (37, 38) af fyldningen, b) at beholderrummet er lille i forhold til det tilhørende arbejdselements (4, 5; 104, 105; 204, 205) mindste volumen, 20 c) at hver af de to beholdere samvirker med en tempe reringsanordning (41, 42; 141, 142; 241), dl) at fyldningen er en væske-damp-fyldning, hvorved den aktuelle væskefyldning (37, 38) er mindre end beholderrummet, og 25 el) at tempereringsanordningen (41, 42; 141, 142; 241) holder beholderne (35, 36; 135, 136; 235, 236) på en lavere temperatur end arbejdselementerne (4, 5; 104, 105; 204, 205).

2. Termisk indstillingsmotor, især for ventiler, med - to i 30 modsat retning på en aktiveringsbro (23; 123; 223) vir kende arbejdselementer (4, 5; 104, 105; 204, 205; 304), DK 163447 B især bælgdåser, som hvert har en fyldning med temperaturafhængigt damptryk, og hvert er forbundet med en beholder (35, 36; 135, 136; 235, 236; 336) over et en kanal indeholdende mellemstykke (39, 40; 139, 140; 239, 5 240; 339); som termisk i det mindste delvist isolerer arbejdselement og beholder fra hinanden, og med en med beholderne forbundet tempereringsanordning (41, 42; 141, 142; 241; 341) til forskellig termisk påvirkning af de to fyldninger, kendetegnet ved, 10 a) at udelukkende beholderen (335) indeholder det trykbestemmende medie (337) af fyldningen, b) at beholderrummet er lille i forhold til det tilhørende arbejdselements (304) mindste volumen, c) at hver af de to beholdere samvirker med en tempe- 15 reringsanordning (341), d2) at der i beholderen er anbragt metalhydrid (337) som fyldning, og e2) at til tilbageholdelse af metalhydrid i beholderen har denne en kun for brint gennemtrængelig membran 20 (344), som adskiller kanalen (343) fra metalhydrid i beholderrummet.

3. Indstillingsmotor ifølge krav 1 eller 2, k e n d e -tegnet ved, at beholderrummet er mindre end 0,5 cm3, fortrinsvis ca. 0,2 cm3.

4. Indstillingsmotor ifølge et af kravene 1-3, kende tegnet ved, at beholderne (35, 36; 135, 136; 235, 236; 335) er udsat for omgivelsesluften.

5. Indstillingsmotor ifølge krav 4, kendetegnet ved, at beholderne (35, 36; 135, 136) er anbragt på 30 den udvendige side af et arbejdselementerne (4, 5; 104, 105. omsluttende hus. DK 163447 B

6. Indstillingsmotor ifølge et af kravene 1-5, kendetegnet ved, at tempereringsanordningen (41, 42; 141, 142) har to elektriske varmelegemer, som hvert samvirker med en beholder (35, 36; 135, 136) og kan 5 styres forskelligt.

7. Indstillingsmotor ifølge et af kravene 1-5, kendetegnet ved, at tempereringsanordningen (241) er en termoelektrisk varmepumpe, fx et Peltierelement med omvendbar virkeretning, som kan afkøle den ene beholder 10 (fx 235) og opvarme den anden beholder (fx 236).

8. Indstillingsmotor ifølge et af kravene 1-6, kendetegnet ved, at de to arbejdselementer (4, 5; 104, 105? 204, 205) kan opvarmes elektrisk.

9. Indstillingsmotor ifølge krav 8, kendetegnet 15 ved, at de to arbejdselementer (4, 5; 204, 205) er omgivet af en varmeisolation (27; 227).

10. Indstillingsmotor ifølge krav 8 eller 9, kendetegnet ved, at de to arbejdselementer (4, 5; 204, 205) samvirker med en fælles elektrisk varmeanord- 20 ning (10? 210).

11. Indstillingsmotor ifølge et af kravene 1-10, k e n -detegnet ved, at hver bælgdåse har en udvendig kapsel (6, 7) og en i denne anbragt bælg (13, 20), og de to kapsler er forenet til en komponent, ved hvilken 25 kapselbundene (8, 9) er vendt mod hinanden.

12. Indstillingsmotor ifølge et af kravene 1-11, kendetegnet ved, at mellemstykket (39, 40; 139, 140; 239, 240) er et kapillarrør.

13. Indstillingsmotor ifølge et af kravene 1-11, k e n - DK 163447 B detegnet ved, at mellemstykket (339) er en med en kanal (343) forsynet blok, som består af et materiale med stor varmemodstand, er fastgjort på ar-bejdselementet (304) og bærer beholderen (335).