FI82151C - Anordning foer maetning av den vaermemaengd som av ett vaermeelement avges till ett rum och foer samtidig reglering av floedet av den genom vaermeelementet stroemmande vaermebaeraren. - Google Patents

Description

82151

Laite sen lämpömäärän mittaamiseksi, jonka lämpöelementti antaa tilaan, ja lämpöelementin läpivirtaavan juoksevan aineen virtauksen säätämiseksi

Anordning för mätning av den värmemängd son av ett värme-element 5 avges tili ett rum och för samtidig regiering av flödet av den genom värme-elementet strömmande värmebäraren 10 Keksinnön kohteena on laite sen lämpömäärän mittaamiseksi, jonka lämpö-elementti antaa tilaan ja lämpöelementin läpivirtaavan, lämmönkuljetta-jana toimivan juoksevan aineen virtauksen samanaikaiseksi säätämiseksi, tarkoituksena säätää tilan lämpötilaa, joka laite käsittää tilavuusvir-tasäätimen, joka päästää eteenpäin vakion juoksevan aineen virtauksen, 15 ja ohjausventtiilillä säädettävän signaalianturin, esim. tilatermostaa-tin ja juoksevan aineen virtauksen energian välityksellä kytkettävän kiinni/auki-venttiilin juoksevan aineen virtauksen estämiseksi tai läpipäästämiseksi ja lämpötila-anturit lämpöelementin tulopuolelta ja paluupuolta vasten, ja elektroniikkayksikön, joka määrittää luovutetta-20 van lämpömäärän sähköisiksi arvoiksi muutettujen lämpötilaerojen arvojen integroinnilla kiinni/auki-venttiilin aukijaksojen aikana.

Tällaista laitetta kuvataan julkaisussa EP-A-0018566 (hakemusnumero 80102 118.9). Tunnettu laite ratkaisee tosin juoksevan aineen virtauk-25 sen säätämisen ja vapautuneen lämpömäärän samanaikaisen mittaamisen ongelman, mutta se on vailla tarkkuutta ja liian kallis, erityisesti valmistus- ja asennusteknisessä mielessä. Tilavuusvirtaussäätimen säätö-elementti muodostuu tässä tapauksessa sylinterimäisestä putkessa liukuvasta annostelumännästä, minkä vuoksi erityisesti voimakkaasti likaan-30 tuneessa lämpimässä vedessä voi syntyä virheitä ja poikkeamia korroosion ja likakerrostumien seurauksena. Pahimmassa tapauksessa voivat liukuvat säätökomponentit kiilautua kiinni.

Edelleen kitka aiheuttaa sen, että tällaisilla mäntäsäätimillä tarvi-35 taan korkea käyttöpaine ja siten korkea pumppauspaine. Myös liikkuvalla venttiilimännällä varustettu kiinni/auki-venttiili voi helposti kiilautua kiinni, jos lämmin vesi on likaista, ja kun tätä kiinni/auki-venttiiliä avataan tai suljetaan voi syntyä häviöitä vuotojen takia, mikä 2 82151 puolestaan johtaa mittausvirheisiin.

Keksinnön tarkoituksena on kehittää johdannossa mainitun tyyppinen laite, joka käytännössä toimii luotettavasti ja on ennenkaikkea tuntee-5 ton lialle ja on pitkäaikaisesti stabiili ja tarkka ja jota sitäpaitsi voidaan käyttää alhaisella käyttöpaineella ja sähköenergian minimaalisella kulutuksella.

Tämä tarkoitus saavutetaan patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkien mukai-10 sesti siten, että tilavuusvirtasäädin käsittää ainakin kaksi kaskadiin säädettyä säätöelementtiä, joista kumpikin sisältää ohjauskamraion ja ohjauskammiosta jousipaineisella kalvolla erotetun läpivirtauksen sää-tökammion, jonka läpi juokseva aine virtaa ja jonka läpivirtauspoikki-pinta-ala riippuu kalvon hetkellisestä taipumasta, jolloin juoksevan 15 aineen syöttökanava on liitetty toisaalta suoraan ensimmäisen säätöeli-men ohjauskamraioon ja toisaalta elimen paineenalennuksen aikaansaamiseksi kautta ensimmäisen säätöelementin läpivirtauksensäätökammion syöttöön ja toisen säätöelementin ohjauskammioon, ja että kiinni/auki-venttiilin ohjausventtiiliin kuuluu bistabiili asetuslaite joka vaihtaa 20 ohjausventtiilin venttiilikappaleen sähkömagneettisen kääntöelementin avulla, joka kuluttaa vain minimaalisesti sähköenergiaa, ja joka on liitetty signaali-anturiin ja elektroniikkayksikköön.

Sillä, että tilavuusvirtasäätimen säätöelementillä on kalvoventtiilin 25 muoto, eliminoidaan kaikki liukuvat säätöelementit juoksevan aineen virrassa, eikä enää riskeerata säädinelementin asettamista alttiiksi korkealle kitkalle tai likaantumisen aiheuttamalle kiinnikiilautumisel-le.

30 Tällainen säätöelementti voi työskennellä hyvin alhaisilla paine-eroilla laajalla työskentelyalueella, ja se muodostuu ainoastaan joistakin harvoista yksinkertaisista osista. Ohjausventtiiliin kuuluvan erikoisen bistabiilin asetuslaitteen avulla pidetään ohjausventtiilin liikkuva venttiilikappale käyttämättä sähköenergiaa molemmissa pitoelementin 35 pääteasennoissaan, miksi bistabiilin asetuslaitteen sähkömagneettisen kääntöelementin tarvitsee vain säätää uudelleen itse venttiilikappale, 3 82151 jolla on pienet ulottuvuudet. Klinni/auki-venttiilin säätö tapahtuu käyttämällä hyväksi juoksevan aineen omaa energiaa, jolloin tarvitaan vähän sähköenergiaa asetusimpulssin synnyttämiseksi kiinni/auki-venttiilin säätöä varten. Täten voidaan laitetta käyttää pitkän aikaa vain 5 pienellä apuparistolla, joka samanaikaisesti antaa virtaa elektroniik-kayksikölle.

Koska sähkömagneettinen asetuselementti on liitetty signaalianturiin ja elektroniikkayksikköön, voidaan sähkömagneettisen asetuselementin vas-10 taukset niihin signaaleihin, jotka saadaan tilalämpötila-anturista vertaamalla asetettua tavoitearvoa ja todellista arvoa, vaikeuksitta yhdistää ajanohjaukseen.

Jos myös kiinni/auki-venttiili on patenttivaatimuksen 2 tunnusmerkkien 15 mukaisesti kalvoventtiili ja tilavuusvirtasäätimen molemmat säätöele-mentit ja kiinni/auki-venttiilin kalvoventtiili on järjestetty peräkkäin yhteiseen läpikulkupesään, saadaan tiivis järjestelmä, joka voidaan järjestää yhteen ainoaan pesään ja joka sinällään yhdistää hydrauliset elementit sekä lämpömäärämittaukseen että juoksevan aineen 20 antaman lämpömäärän säätöön. Nämä molemmat säätöelementit ja kiinni/auki-venttiili voivat olla hyvin yksinkertaisesti tehtyjä ja ne voidaan sijoittaa toistensa yläpuolelle pesässä, samalla kun tarvitaan ainoastaan vähäisiä muutosvoimia helposti liikkuvien, suuripintaisten kalvojen siirtämiseksi.

25

Patenttivaatimuksen 3 tunnusmerkkien mukaisesti voidaan tilavuusvirtasäätimen läpipäästetty virtausmäärä säätää säädettävällä tai vaihdettavalla kuristimella, jolloin tieto juoksevan aineen säädetystä vir-tausmäärästä syötetään elektroniikkayksikköön pakonomaisesti tai aset-30 tamalla koodattuun muotoon lämpömäärämittauksen suorituksessa. Täten tulee mahdolliseksi sovittaa lämpöelementin läpivirtaava virtaus, erityisessä tapauksessa tarvittavaan lämpömäärän luovuttamiseen käytettävän kuristimen vast, tämän säädön avulla. Samalla saa elektroniikkayk-sikkö tiedon säädetystä lämpömäärästä siten, että se aina työskentelee 35 oikealla lämpömäärämittauksen läpivirtausarvolla.

* 82151

Sopivasti muodostetaan paine-ero tilavuusvirtaussäätimen myöhemmässä säätöelementissä patenttivaatimuksen 4 mukaisesti ennen tätä sarjaan-kytketyn säätöelementin avulla, joka toimii kuristimena niin, että muodostuu muuttuva vertailupaine pohjaksi hienosäädön ohjaukselle.

5

Patenttivaatimuksen 5 mukaisesti sillä, että kaikki rakenneosat yhdistetään yhdeksi kompaktiksi rakenneyksiköksi, joka on varustettu tavanomaisilla lämpöjohtoliittymillä ja kannattelee venttiilikotelolaite-ryhmää, jossa on elektroniikkayksikkö ja näyttö- ja asetuselementit, 10 voidaan tämä kompaktilaite yksinkertaisesti asentaa lämpöjohtoon tavallisen lämmönsäätöventtiilin sijasta.

Sopivasti säädellään juoksevan aineen virtausta ja täten tilan lämpötilaa patenttivaatimuksen 6 mukaisesti säädettävän termostaatin avulla, 15 kiinni/auki-venttiilin avaamiseksi ja sulkemiseksi ja joka on yhdistetty elektroniikkayksikön säätölaitteeseen.

Jos termostaatin ohjaussuure tai tavoitearvo automaattisesti muuttuu patenttivaatimuksen 7 mukaisesti ajan myötä edeltäkäsin määrätyn ohjel-20 man mukaisesti, voidaan termostaatin tavoitearvo automaattisesti vaihtaa edeltäkäsin määrättyihin arvoihin, riippuen elektroniikkayksikön säätölaitteen ajasta. Tässä tarkoituksessa voidaan erilaisia, käyttäjän valitsemia säätöohjelmia esiohjelmoida, tai myös käyttäjä voi itse elektroniikkayksikköön kuuluvan mikroprosessorin avulla yhdistää osaoh-25 jelman säätöohjelman.

Laitteen energiahuolto voidaan patenttivaatimuksen 8 mukaisesti järjestää aurinkokennoilla tai puolijohdelämpöelementeillä, jotka muuntavat juoksevan aineen energian sähköenergiaksi, jolloin voidaan kokonaan 30 luopua rakentamasta apuparistoa laitteeseen.

Patenttivaatimuksen 9 mukaisessa sovellutusmuodossa voi laite olla varustettuna virtausindikaattorilla, joka antaa elektroniikkayksikölle signaalin osoittamaan, että juokseva aine virtaa tai on paikallaan.

35 Tällä virtausindikaattorilla voidaan lämpötila-antureitten lämpötilaerojen integrointi aloittaa virtauksen indikoimisessa ja pysäyttää

II

5 82151 paikallaan seisovan juoksevan aineen indikoimisessa, se on kun kiin-ni/auki-venttiili suljetaan. Täten voidaan yksinkertaisesti määrittää lämpömäärä.

5 Keksinnön lisäetuja käy ilmi muista patenttivaatimuksista ja seuraavas-ta selostuksesta, jossa kuvaillaan keksintöä lähemmin piirustuksessa osoitettujen, ei-rajoitettavien suoritusmuotojen johdolla.

Tällöin osoittaa 10 kuvio 1 keksinnön mukaisen laitteen konkreettisen sovellutusmuodon ulkonäön, kuvio 2 kuinka keksinnön mukainen laite asennetaan tai järjestetään 15 lämpöelementin yhteyteen, kuvio 3 lohkokaavion keksinnön mukaisesta laitteesta, kuvio 4 keksinnön mukaisesta laitteesta kaaviollisena esityksenä, 20 kuvio 5 pitkittäisleikkauksen, läpikulkupesän konkreettisen suoritusmuodon lävitse keksinnön mukaisessa laitteessa, ja kuvio 6 magneettijärjestelmän rakenteen.

25

Keksinnön mukainen laite käsittää kompaktin yksikön 101, jossa on läpi-kulkupesä 102, jonka läpi juokseva aine virtaa, ja johon mekaaniset osat, erityisesti keksinnön mukaisen laitteen venttiilielementit ja sähkömagneettiset komponentit ovat järjestetyt. Yksikkö 101 käsittää 30 edelleen kotelon 103, johon sisältyy elektroniikka, näyttö- ja asetus-ja syöttöelementit. Läpikulkupesä 102 on varustettu kahdella liittymällä 104 tuloaukkoa ja ulostulopuolta varten, jolloin kuviossa 1 ainoastaan ulosmeno on näkyvä. Näillä liittymillä voidaan keksinnön mukainen laite osoitetussa sovellutusmuodossa asentaa lämpölaitteen lämpöelemen-35 tin 107 tulopuolelle 106 aivan samalla tavalla kuin konventionaalinen venttiili (katso kuvio 2). Yksikkö 101 on varustettu johdolla 108, 6 82151 jonka päähän on kiinnitetty sähköinen lämpötila-anturi 109 puristimeen tai vastaavaan, joka voidaan kiinnittää lämpöelementin 107 paluujohtoon 111. Pesä 102 käsittää vielä lämpötila-anturin (ei ole esitetty yksityiskohtaisesti), jolla tulopuolen lämpötila lämpöelementin 107 johdos- 5 sa 106 voidaan mitata suoraan. Erilaisia lämpötila-antureita voidaan käyttää, esimerkiksi resistiivisiä antureita, termoelementtejä tai lähinnä elektronisia virta-antureita, jotka antavat absoluuttiseen lämpötilaan verrannollisen virtasignaalin, ja jonka voi kytkeä sarjaan niin, että saadaan suoraan tulopuolen ja paluupuolen (106,111) väliseen 10 lämpötilaeroon verrannollinen virtasignaali. Jos niin toivotaan voidaan aktiivisten lämpöelementtien, esim. Peltier-elementtien avulla, mahdollisesti puskuriakun kytkemisellä, muodostaa sähköenergiaa, jota tarvitaan laitteen elektroniikalle sen juoksevan aineen virran termisestä energiasta, jota mittaus tarkoittaa.

15

Kotelo 103, jonka sisällä on elektroniikkaa, on varustettu näytöllä 112, jonka avulla lämpöelementissä 107 käytettyä vast, tästä annettua energiaa voidaan indikoida ja tulkita, esim. suhteellisina yksikköinä. Edelleen on termostaatin säätölaite 113, jonka avulla tilan tavoiteläm- 20 pötila tai tavoitelämpötilan aikajakso voidaan säätää tai esivalita.

Tilanlämpötila-anturi 114, joka mittaa tilan todellista lämpötilaa, on integroitu koteloon 103. Sen mittausarvoa verrataan senhetkiseen tavoitearvoon läpivirtauksen säätämiseksi läpikulkupesän 102 läpi lämpöele-menttiin 107. Pesäosaan integroidun säätölaitteen 113 lisäksi voidaan 25 järjestää säädin 113' tavoitearvon kaukosäätämiseksi ja/tai kaukoanturi 114' kuten osoitetaan kuviossa 2.

Kuviossa 3 on lohkokaavio laitteelle 101. Lämpöelementin 107 tulopuolella 106 on juoksevan aineen yhteisessä läpikulkupesässä 102 ensin 30 venttiilijärjestelmä 61 estämään tai päästämään läpi juoksevan aineen virtausta, jolloin venttiilijärjestelmä 61 koostuu kiinni/auki-venttiiliksi muodostetusta pääventtiilistä 62 ja ohjausventtiilistä 63. Oh-jausventtiili 63 säädetään säätölaitteella 78 tässä laitteessa tapahtuvan senhetkisen ohjaussuureen tai senhetkisen tavoitearvon välisen ver-35 tailun perusteella, joka on säädetty säädinlaitteella 113 ja tilanläm-pötila-anturin 114 todellisella arvolla. Säädinlaitteen 113 ja tilan-

II

7 82151 lämpötila- anturin 114 sijasta voidaan käyttää esim. ohjausohjelmaa ohjaussignaalien syöttämiseksi. Tarkemmin tapahtuu juoksevan aineen virtauksen ohjaus tavalla, jota kuvaillaan tuonnempana. Venttiilijär-jestelmää 61 seuraa tilavuusvirtasäädin 1, joka riippuen säädettävän 5 kuristimen 8 säädöstä säätöelementin 6 ja sitä seuraavan kompensaatio-asteena toimivan säätöelementin 16 avulla päästää läpi vakiomäärä- tai tilavuusvirran ulostulopuolelle 3 ja täten lämpöelementille 107.

Läpikulkupesä 102 sisältää myös virtausindikaattorin 58, joka ratkai-10 see jatkuuko tilavuusvirtasäätimen säätämä juoksevan aineen virta tulo-johdossa 106 vai onko venttiilijärjestelmä 61 pysäyttänyt virran. Virtausanturin 58 mittaama tieto syötetään edelleen kotelon 103 elektroni ikkayksiköl le 117. Sama koskee lämpötila-antureitten 109 ja 118 avulla mitattuja lämpötila-arvoja lämpöelementin 107 paluupuolella 111 15 vast, tulopuolella 106. Tieto, joka on tällä tavalla saatu, työstetään tämän jälkeen ottaen huomioon kuristimen säätäminen. Se on edeltä määrätty läpivirta, esim. elektroniikkayksikön 117 digitaalisessa muodossa. Mittauksen tulos vast, summa näytetään sitten näytöllä 112. Keksinnön mukainen laite 101 määrittää siis sen kokonaisenergiamäärän, jonka 20 yksittäinen käyttäjä antaa, tässä tapauksessa lämpöelementti 107, jolloin ne enrgiamäärät, jotka luovutetaan, säädetään vast, ohjataan säädettynä säätimellä 78.

Läpimenopesään 102 yhteisesti järjestetyt mekaaniset ja elektroniset 25 säädinyksiköt esitetään kuviossa 4 kaaviomaisesti.

Venttiiliyksiköllä 61, joka estää vast, päästää läpi nestevirran lämpölaitteessa, on kiinni/auki-venttiilinä toimiva pääventtiili 62 ja ohjausosa 63 ohjausventtiilillä, joka kuviossa 4 esitetään periaatteel-30 lisesti. Pääventtiili 62 sisältää kalvon 64, joka ulkoreunastaan on kiinnitetty ulkopesän tai sisäosan seinään (mikään näistä ei ole esitetty kuviossa 4) . Kalvo 64 on vain paksunnosvyöhykkeen M (kuvio 5) rengasosassa elastinen ja toimii kuin varsinainen kalvo ja on tukivyö-hykkeen keskeisessä osassa varustettu jäykällä, levynmuotoisella vent-35 tiilikannella 71. Renkaanmuotoinen venttiilin istukka 72 toimii yhdessä tai on vastapäätä venttiilikantta 71 tuloaukkoa 49 vasten käännetyllä 8 82151 kalvon 64 puolella. Rengas- tai kierukkajousi 73 painaa venttiilikantta 71 venttiilin istukkaa 72 vasten. Kun venttiilikansi 71 tukeutuu venttiilin istukkaa 72 vasten, on pääventtiili 62 suljettuna eikä tapahdu minkäänlaista virtausta tulopuolelta 2 tilavuusvirtasäätimen 1 ulostu-5 lopuolelle 2'. Ohitusjohto tai -yhteys 52 kulkee tulopuolelta 2 tilaan 55, joka on kalvon 64 venttiilin istukan 72 puolelta käännetyllä puolella. Samalla tavalla kulkee ohitusjohto 54 tilasta 55 ulostulopuolel-le 2'. Aukko, jota edeltää suodatin 66, on järjestetty ohitusjohtoon 54, joka voi toimia venttiilikannen 71 läpi menevänä kanavana (kuvataan 10 lähemmin tuonnempana). Ohitusjohtoon 54 järjestetty ohjausosa 63 käsittää venttiilin, jonka avulla ohitusjohto 54 tilasta 55 ulostulopuolelle 2' voidaan aukaista tai sulkea injektorimainen liittymä 67 liitos- tai ohitusjohdosta 54 ulostulopuolelle 2' on muodostettu siten, että kun neste virtaa tulopuolelta 2 pääventtiilin 62 läpi ulostulopuolelle 2' 15 neste, joka on ohitusjohdossa 54, vedetään mukaan injektoriperiaatteen mukaisesti siten, että johdossa 54 ja aukaistussa ohjausosassa 63 tilassa 55 muodostuu alipaine.

Nyt oletetaan, että venttiiliyksikkö 61 ja täten muun muassa päävent-20 tiili 62 ovat suljetut. Paine pääventtiilin 62 edessä on Pl' ja ulos-tulopuolella 2' Pl, jolloin Pl on pienempi kuin Pl'. Tässä suljetussa asennossa on myös ohjausosa 63 suljettu. Paine Pl" tilassa 55 on tämän vuoksi tasattu paineen Pl' kanssa tulopuolella 2 aukon 65 läpi. Kalvon 64 venttiilin istukasta 72 käännettyyn puoleen vaikuttaa tällöin jousen 25 73 voiman lisäksi paine Pl".

Kalvon 64 venttiilin istukkaa 72 vasten käännettyyn puoleen vaikuttaa vastaaville osapinnoille paineet Pl' ja Pl. Koska Pl on venttiiliyksi-kön 61 alin paine ovat ne voimat, jotka tilasta 55 vaikuttavat kalvoon 30 64 aina isompia kuin ne, jotka vaikuttavat venttiilin istukkapuolelta siten, että venttiili täsä tapauksessa säilyy suljettuna.

Jos ohjausosa 63 ohjausventtiileineen aukaistaan säätöpulssin avulla, jolloin itse ohjausventtiili, kuten aukaisutapahtuma tullaan kuvaamaan 35 lähemmin tuonnempana, laskee paine Pl" kammiossa 55 ja liittyy minimaalisella paineenlaskulla paineeseen Pl ulostulopuolelle 2'. Sillä, että

II

9 82151 aukolla 65 on pienempi läpimitta kuin läpikulkuaukolla 76 (kuvio 5), kammiota 55 ei voida täyttää tarpeeksi nopeasti ohitusjohdolla 52, vaan saadaan paine-ero tulopuolen 2 paineella Pl' ja kammion 55 paineella Pl" välillä. Täten paine Pl' aikaansaa, että jo pienessä paine-erossa 5 Pl'- Pl" nostaa venttiilikannen 71 venttiilin istukalta 72 ja tällä tavalla avaa pääventtiilin 62. Ohitusjohdon 54 injektorimaisen ulostu-lopuolen 2' liittymän 67 avulla voidaan muutoin saavuttaa se, että tilan 55 paine Pl" muodostuu pienemmäksi kuin ulostulopuolen 2' paine Pl siten, että heti kun kiinni/auki-venttiili 62 on avattu pysyy se 10 luotettavasti auki vast, pidetään auki, kun venttiilijärjestelmä 61 suljetaan ja täten nestevirta tulopuolelta 2 ulostulopuolelle 2' keskeytetään, suljetaan ohjausosan 63 ohjausventtiili pulssin avulla. Kammioon 55 muodostuu silloin alipaine, joka johtuu aluksi vallitsevasta paine-erosta tulopuolen 2 paineen Pl' ja kammion 55 alemman paineen 15 Pl" välillä siten, että kammion 55 paine Pl" aukon 65 läpi vähitellen lähenee painetta Pl', kunnes kalvoon 64 vaikuttavat voimat kammion 55 paineesta Pl" ja jousi 73 voittavat päinvastaiseen suuntaan vaikuttavat voimat tulopuolen 2 paineesta Pl' ja ulostulopuolen paineesta Pl. Täten suljetaan pääventtiili 62 kuten jo on kuvattu. Jousi 73 aikaansaa voi-20 maeron myös kun minkäänlaista virtausta ei tapahdu, samanaikaisesti kun se estää kalvoa 64 alkamasta värähdellä.

Osoitetussa sovellutusmuodossa kosketusvapaana kytkimenä oleva vir-tausindikaattori, joka ratkaisee liikkuuko virtaus vai ei, ohjaa vir-25 tauksen eston ja läpäisyn venttiilijärjestelmän läpi. Tätä tarkoitusta varten on osoitetussa sovellutuksessa järjestetty kielivaihtokytkin 56 venttiilikalvon 64 yläpuolelle. Kestomagneetti 57, joka kääntää kieli-vaihtokytkimen välimatkan muutoksissa kielikytkimeen 56, kalvon 64 liikkeissä, on järjestetty kalvon 64 keskelle, se on sen kannen päälle. 30 Venttiilijärjestelmän 61 ulostulopuoli 2' johtaa tulopuolena 2' tila-vuusvirtasäätimelle 1 ensimmäisine säätöelementteineen 6 ja kompensaa-tioasteina toimivine säätöelementteineen 16. Kun venttiilijärjestelmä on auki tapahtuu jatkuva läpivirtaus tulopuolelta 2 vast, tilavuus-virtaussäätimen 1 tulopuolelta 2' ulosmenopuolelle 3 riippumatta tulo-35 puolen ja ulosmenopuolen välisestä paine-erosta. Tulopuoli 2' johtaa säätöelementin 6 esiohjauskammioon. Kalvoa 4 kuormittaa siksi tulopuo- 10 821 51 lelta vastaan käännetyllä puolella siellä vallitseva paine Pl.

Haarajohto 7 kulkee säädettävän kuristimen 8, joka alentaa painetta Pl paineeksi P2, läpi säätöelementin 6 ohjauskammiossa olevan kalvon 4 5 toiselle puolelle.

Säätöelementti 6 käsittää olennaisen litteän kalvon 4, joka on reunastaan kiinnitetty ulompaan pesään (ei näytetty) kiinnitetään patruunan 9 seinään. Ainoastaan rengasvyöhykkeessä kalvo 4 on elastisesti muodos-10 tettu ja muodostettu todelliseksi kalvoksi. Keskiosassa sillä on jäykkä, litteämuotoinen kansi 11. Tulopuolelta 2' käännetyn kalvon 4 sivuun vaikuttaa kansi 11 rengasmuotoisine istukkoineen 12, joka on liitetty kiinni patruunaan 9. Istukka 12 sulkee sisään vain pienen osan patruunaan sisällytetystä kokonaispinnasta. Istukkaa 12 vasten kiinni-15 tetty jousi 13 puristaa kannen 11 pois istukasta 12. Vaihteleva läpi-kulkuaukko kannen 11 ja istukan 12 välillä toimii säädettävänä kuristimena siten, että istukkaan 12 sisäänsulkemassa tilassa vallitseva paine P3 tulee normaalisti pienemmäksi kuin paine P2. Kalvon sisääntulosta poiskäännettyyn puoleen vaikuttaa silloin voimia, joita määrittävät 20 osaksi paineet P2 ja P3 ja osaksi pinnat, joihin nämä paineet ovat vaikuttaneet. Säätöelementin 6 kanssa seuraa vielä sarjassa säätöelementti 16. Tässä huomautetaan, että vaikkakin säätöelementti 16 kaavamaisessa esityksessä kuviossa 4 esitetään samanlaisena kuin säätöele-menetti 6, voivat sen mitat normaalitapauksessa poiketa voimakkaasti 25 säätöelementin 6 ulottuvuuksista. Säätöelementti 16 käsittää samalla tavalla kuin säätöelementti 6 kalvon 14, jossa on kalvon kansi 21, joka toimii yhdessä istukan 22 kanssa. Kun paineolosuhteet eivät saa pakosta muuta aikaan, painaa jousi 23 kalvon kannen 21 pois istukasta 22. Se tila säätöelementin 16 läpivirtauskammiossa, jossa ei ole jousta 23 ja 30 istukkaa 22, on suoraan liitetty kalvon 4 siihen puoleen, jossa on jousi 12 ja siihen kuuluva istukka. Näissä molemmissa toisiinsa sidotuissa tiloissa vallitsee silloin sama paine P2. Tilasta läpileikkaukseltaan rengasmaisen istukan 12 sisäpuolella kulkee yhteys 17 tilaan, joka ympäröi säätöelementin 16 istukkaa 22 kalvon 14 Istukkaan 22 päin 35 käännetyllä puolella. Tämän ulkotilan paine muodostuu tällöin samaksi kuin paine istukan 12 sisällä, se on P3. Säätöelementti 6 toimii täi- 11 11 82151 löin muuttuvana kuristimena säätöelementille 16 säätöelementin 6 kuristimen 8 säädön mukaan. Tilauvuusvirtasäätimen 1 ulostulopuolessa 3 vallitsee silloin osoitetussa sovellutusmuodossa sama paine P4 kuin istukan 22 sisällä, edellyttäen, että ulostulopuolen 3 ja istukan 22 5 välissä ei ole lisää säädettäviä kuristimia tai säätöelementtiä 16 vastaavia säätöelementtejä. Kuristin 8 voi muodostua kiinteästä kuristimesta, jota voidaan siirtää liikkuvaan kuristimeen nähden sellaisella tavalla, että ne antavat yhdessä muuttuvan kuristimen, jolla edullisesti on terävät reunat. Erityisen sopivaa on soveltaa kuristimiin pyörei-10 tä rajaviivoja, jotka erityisesti pienissä kuristimissa muodostavat mieluiten pyöreitä reikiä, se on joilla on suuri pinta ja pieni tai pyöreä rajaviiva. Resultoivat hyvin pienet kuristinaukot voivat esimerkiksi olla puoleksi pyöreitä ja puoleksi neliömäisiä. Kuristinaukon teräväreunainen ja suhteellisen pyöreä muoto estää sen, että likakerros 15 muuttaisi aukon pintaa. Siirrettävän kuristimen sijasta voidaan käyttää vaihdettavia, pyöreitä kuristinvaihto-osia. Tämä mahdollistaa sen, että yhdellä ainoalla säätöyksiköllä ja erilaisilla kuristinvaihto-osilla varastoidaan suuri valikoima erilaisia läpivirtausarvoja omaavia tila-vuusvirtasäätimiä.

20

Nyt viitataan kuvioon 5, jossa on kompakti sovellutusmuoto keksinnön mukaisesta laitteesta, jolla on tilavuusvirtasäädin 1 ja integroitu bistabiili kiinni/auki-venttiilijärjestelmä 61. Koko yksikkö on sijoitettu ulkorunkoon 31, joka on varustettu tulopuolen 2 liittymällä 32 ja 25 ulostulopuolen 3 ulostuloliittymällä 33. Tilavuusvirtasäätimen 1 säätö-elementit 6,16, kuten venttiilijärjestelmä 61 ovat järjestetyt runkoon 31 laitettuun pesään 9.

Tulopuoli 2 johtaa tässä kammioon 34. Säätöelementin 6 kalvo 4 on jär-30 jestetty kammion 34 toiselle puolelle. Kalvo 4 on ulkokehästään kiinnitetty kiinni pesään 9, kun taas sen keskusosa on muodostettu jäykäksi kanneksi 11. Kammiosta 34 käännetyllä kannen 11 puolella on istukka 12, joka myös on järjestetty kiinni pesään 9. Istukka 12 on katkaistun kartion pinnan muotoinen, joka kartio kapenee kannen 11 suuntaan. Tällä 35 tavoin voi jousi 13 nojautua istukan 12 leveimpään osaan ilman, että istukan keskiosassa oleva kosketusvaara estää sen liikkeitä. Jousen 13 i2 821 51 istukasta 12 käännetty pää painaa kantta 11 vasten ja pitää tällä tavoin säätöelementin auki, kun paine-eroja ei ole olemassa. Kammio 34 on liitetty sivukammioon 36 reikien, joita ei näytetä kuvassa, avulla sellaisella tavalla, että paine kammiossa 36 tulee samaksi kuin paine 5 Pl, joka vallitsee kammiossa 34. Kammio 36 on tartunnan 37 avulla ulkoapäin säädettävän kuristimen 8 kautta liitetty istukkaa 12 ympäröivään rengaskansioon 38, jonka paine P2 on pienempi kuin paine Pl. Istukan 12 rengaskansiosta 38 rajoittavassa istukan 12 sisätilassa 39 vallitsee paine P2, joka on riippuvainen säätöelementin 6 paineolosuhteiden mää-10 räämästä avausasteesta ja on pienempi kuin P3. Lisäsäätöelementti 16 on järjestetty suoraan 6 yläpuolelle, jolloin rakenne tulee kompaktiksi ja sillä on matala rakennekorkeus, koska säätöelementit ovat sovitetut juuri kalvoelementeiksi. Säätöelementillä 16 on kalvo 14, joka on ulkoreunaltaan kiinnitetty pesään 9 kiinnitettyjen osien avulla ja on kes-15 kiosastaan varustettu kannella 21. Kalvo 14 erottaa kammion 44 rengas-kammiosta 48, joka samoin ympäröi ainakin osittain katkaistun kartion pinnan muotoista istukka 22, joka käsittää sisätilan 49. Istukan 22 ulko-osa muodostaa vastatuen jouselle 23, joka toisesta päästään tukeutuu kantta 21 vasten ja painaa tätä pois istukasta, kun kantta ei kuor-20 mitä paine-ero.

Kammio 44 on kanavien 51 avulla yhdistetty rengaskammioon 38, kun taas istukan 12 sisätila 39 on liitetty kalvon 14 yläpuolella liitosvyöhyk-keitten 50 kautta rengaskammioon 48. Sisätila 49, jota istukka 22 ra-25 joittaa rengaskansiosta 48 Ja jolla on pienempi paine P4 kuin rengas-kammion 48 paine P3, on liitetty rungon 31 ulostulopuoleen 3 kiinni/au-ki-venttiilijärjestelmän 61 ja pesän kautta, erityisesti pesän 9 ulkoseinän ja rungon 31 sisäsivun välissä olevien välien 53 kautta. Keksinnön mukaisessa tilavuusvirtasäätimessä on myös kosketukseton kytkin 30 58 integroituna tähän paikkaan virtausindikaattorina. Tällöin läppä- vaihtokytkin 56 on järjestetty venttiilin kannen 11 alle. Keskellä ventiilin kantta 11 on kestomagneetti 57, joka johtuen siitä, että sen välimatka läppävaihtokytkimeen vaihtelee, kääntää läppävaihtokytkimen 56 riippuen venttiilin kannen 11 liikkeistä.

35

Koko venttiiliyksikkö 61 on samoin sijoitettu yhteiseen runkoon 31.

Il i3 82151

Tulopuolen tilaa 49 ympäröi venttiilin istukka 72, jota vuorostaan ympäröi ulostulopuolen 53 osa rengaskanavan muodossa. Venttiilin istukan 72 yläpuolelle on järjestetty kalvo 64 venttiilin kansineen 72. Jousi 73 painaa kalvoa 64 venttiilin istukkaa 72 vasten. Kuviosta 5 käy 5 erityisesti selville, että ohjausjohdin 52 tulopuolelta 49 kammioon 55 käsittää venttiilin kanteen 71 järjestetyn reiän 65, jota edeltää suodatin 66. Kammiosta 55 kulkee ohut kulkuaukko 76 kuviossa 4 olevaan ohitusjohtimeen 54, joka konkreettisessa suoritusmuodossa kuvion 5 mukaan on ensin lisäkammion 54 muotoinen ja sitten ennen injektoriliit-10 tymää 67 on muodostettu rengaskansioksi.

Ohjausosa 63 ohjausventtiileineen 77, johon kulkuaukko 76 kuuluu, on keksinnön mukaan muodostettu seuraavalla tavalla: ohjaus-osa 63 käsittää ensinnäkin säädinlaitteen 78, joka ohjauspulssien Y kautta, jotka 15 esimerkiksi muodostetaan vastauksina lämpötilanmuutoksiin vast, tiettyjen lämpötilarajojen ylitykseen tai alitukseen tai muihin signaaleihin, ohjaa bistabiilia magneettijärjestelmää 79. Magneettijärjestelmä 79 siirtää venttiilimännän 81 tällä olevan ankkurin 82 kautta siten, että kulkuaukko 76 joko on kiinni tai auki. Kun tanko 81 ankkureineen 82 20 sitävastoin on ala-asennossaan, on kulkuaukko 76 ja täten ohjausvent-tiili 77 suljettu. Kun tanko 81 ankkureineen 82 sitävastoin on yläasen-nossaan, on kulkuaukko 76 ja siten ohjausventtiili 77 auki. Jotta magneettijärjestelmä veisi minimaalisesti energiaa ja käyttäisi energiaa vain itse säädön aikana käyttämättä yhtään energiaa pitämään tanko 81 25 tämän molemmissa asennoissa, on mäntä tai tanko 81 tässä tapauksessa liitetty apujousella 83, joka välimatkan päässä männästä 81 sijaitsevasta päästään on kiinnitetty kiinnittimeen 84. Apujousella 83 on tehtävänä, kun ohjausventtiili 77 on kiinni, painaa se riittävällä voimalla (muutamalla grammalla) venttiilin istukkaa vasten ja täten pitää 30 se tiiviinä. Periaatteessa voidaan tämä tehtävä saavuttaa ilman apu-jousta, esimerkiksi pienen, ulostulopuolen 76 järjestetyn kestomagneetin avulla, joka vetää ferromagneettisesti muodostettua tankoa 81 venttiilin istukkaa vasten. Tällaisessa suoritusmuodossa voidaan ohjausventtiili 77 vast, tanko 81 pitää paikoillaan molemmissa pääteasen-35 noissa jokaisessa päädyssä olevan pienen kestomagneetin avulla ja vaihdella molempien asentojen välillä elektromagneettisesta järjestelmästä 1* 82151 tulevilla magneettipulsseilla. Apujousi 83 voi vaihtoehtoisesti olla muodostettu salpajouseksi, jolla on kaksi bistabiilia asentoa, jotka vastaavat ohjausventtiilin 77 aukinaista vast, suljettua asentoa. Kun ohjausventtiili 77 on toisessa molemmista pääteasennoistaan, se on joko 5 suljetussa tai aukinaisessa asennossa ja pidetään tässä salpajousen 83 asennossa, tarvitsee magneettijärjestelmän joka tapauksessa vain voittaa jousen 83 pitovoima vaihtaakseen venttiilin asentoa. Jos magneetti-järjestelmä tekee tämän, menee jousi 83 yli toisen bistabiilin asentonsa ja vaihtaa ohjausventtiilin 77 sen toiseen asentoon, siis aukinai-10 sesta asennosta suljettuun tai toisinpäin.

Koska venttiili 77 pidetään paikallaan molemmissa asennoissaan apu· jousien, salpajousien tai kestomagneettien avulla, tarvitsee magneetti-vaihtokytkin 79 ainoastaan vaihtokytkentäenergiaa, mutta ei energiaa 15 pitämään ohjausventtiiliä 77 paikoillaan jossakin asennossa. Kokonaise-nergiakulutus on silloin niin pientä, että tällaista bistabiilia venttiiliä voidaan käyttää kokonainen vuosi kahden pienen halvan apuparis-ton avulla, jotka ovat suuruudeltaa LR6.

20 Täydellinen venttiilijärjestelmä 61 toimii tavalla, jota jo kuvailtiin kuvion 4 yhteydessä eikä toimintatapaa kerrata tässä.

Bistabiilin magneettijärjestelmän 79 eräs sovellutusmuoto on kuviossa 6. Magneettivaihtokytkin 79 käsittää magneettisen piirin, jossa on U-25 muotoinen ies 86 ja liikkuvan ankkurin 82, joka on liitetty tankoon 81 (kuvio 5). Ikeen 86 kokoavaa laattaa 87 ympäröi tavallisella tavalla magnetointikäämi 88. Kun erityisesti ies 86 muodostuu magneettisesta pehmeästä aineesta, on kestomagneetti 91 laitettu ikeen 86 jalkojen 89 väliin. Magneettiset kenttä- ja voimaolosuhteet ovat niin laskettuja, 30 että kestomagneetti 91 ei-magnetoidussa käämissä 88 pitää luotettavasti ankkuria 82 venttiilimännän 81 kanssa kuviossa 6 ehyinä viivoina esitettynä asentona ikeen 86 molemmissa jaloissa 89, samalla kun tämän voiman tulee olla pienempi kuin mitä vaaditaan ankkurin vetämiseksi kuviossa katkoviivoin piirretystä asennosta.

35

Jos magneettikenttä, joka vaikuttaa kestomagneetin ankkurin läpi muo- 15 821 51 dostamassa piirissä olevaa kenttää vastaan, aikaansaadaan sillä, että magnetointikäämi 88 irroitetaan, mikä piiri syrjäyttää kestomagneetin piirin, tulee ankkuri ainakin vapautumaan ikeestä 89, jolloin suoritusmuodossa, jossa on apujousi voi syrjäytyskenttä voittaa kestomagneetin 5 kentän riittävässä määrin, jotta apujousi 83 voisi painaa venttiilin 77 suljettuun asentoon. Periaatteessa voisi kuitenkin riittää, että painovoiman lisäksi juuri mainitut magneettikentät vaikuttavat ankkuriin 82.

Jos magneettikäämi 88 virroitetaan sellaisella tavalla, että sen kent-10 tä vahvistaa kestomagneetin kenttää, vedetään ankkuri katkoviivoilla osoitetusta suljetusta asennosta yhtenäisillä viivoilla osoitettuun aukinaiseen asentoon (kuvio 6), jolloin siinä tapauksessa voidaan samanaikaisesti voittaa salpajousen tai tavanomaisen jousen voima ja/tai painovoima. Sen jälkeen kun magnetointikäämistä 88 on poistettu magne-15 tisointi, pidetään ankkuri kuviossa 6 kokonaisilla viivoilla piirretyssä yläasennossa. Magneettista kenttää vahvistetaan sillä, että ikeen jaloilla 89 on osa 90, jolla on supistettu poikkileikkaus.

Huomautettakoon, että bistabiililla ohjausosalla vaihtoehtoisesti esi-20 merkiksi voi olla magneettisia- ja mekaanisia bistabiileja elementtejä tai mekaaninen bistabiili elementti (salpajousi) tavanomaisen magneet-tijärjestelmän kera tai bistabiili magneettijärjestelmä, jossa on suuntaan vaikuttavia mekaanisia voimia (tavanomainen jousi, painovoima), vaikkakin edellä kuvatut sovellutusmuodot ovat etusijalla.

25

Venttiilijärjestelmän 61 kuvattu toimintatapa voidaan toteuttaa osoitetulla bistabiililla ohjausosalla 63 siten, että säätäminen vaatii vähän säätöenergiaa ja että säätöasennot ylläpidetään ilman energiankulutusta.

30

Seuraavassa kuvaillaan lisäyksityiskohtia kiinni/auki-venttiilijärjes-telmän 61 esitetyssä sovellutusmuodossa.

Kuristusreikä 65 tulee valita niin pieneksi kuin mahdollista, esimer-35 kiksi halkaisijalla 0,5 mm, edullisesti 0,3 ja 0,6 mm:n väliltä, niin että ainoastaan hyvin pienet nestemäärät voivat kulkea läpi. Lika ei ie 82151 kuitenkaan saa tukkia reikää 65. Siksi se tehdään osaksi pyöreäksi ja terävien terämäisten kuristusreunojen kanssa, joille lika ei voi muodostaa kerroksia ja osaksi sitä edeltää suodatin 66. Tällä suodattimel-la 66 on suuri pinta verrattuna vähäiseen läpimenevään nestemäärään, 5 niin että epäpuhtaudet eivät voi pitkänkään ajan kuluessa peittää sitä taas. Suodatin jaetaan edullisesti kahteen vyöhykkeeseen, jolloin virtaus kulkee vain toisen vyöhykkeen läpi. Virtaus, joka on mennyt vyöhykkeen läpi, aiheuttaa siinä itsepuhdistusvaikutuksen, kun taas toinen vyöhyke ei ole alttiina mainittavalle likaantumiselle, koska virtausno-10 peus on nolla. Suodattimen virtaamaton vyöhyke järjestetään edullisesti ylöspäin, niin että painavampia likaosasia taatusti ei voi tuoda mukana. Riippuen epäpuhtauksien lajista voi toinen tai toinen molemmista vyöhykkeistä osoittaa pienempää taipuvaisuutta likaantumiseen. Molemmat vyöhykkeet ovat kuitenkin niin suuria, että erikseen monien vuosien 15 aikana varmasti varmistavat tarpeeksi läpivirtausta pienelle suuttimel-le 65. Suodatin 66 voidaan myös varustaa suodatinjärjestelmällä, jossa on useita laskoksia, jotta rajatussa tilassa olisi isompi suodatinpin-ta. Suodatin koostuu ei-ferromagneettisesta materiaalista, esimerkiksi muovikankaasta tai pronssista. Se voidaan tehdä hyvin ohuesta sintra-20 tusta suodattimesta tai suodatinkankaasta. Suodattimen huokossuuruus on edullisesti 5-10 kertaa pienempi kuin suodatinaukko.

Ohjausventtiilin 77 läpikulkuaukko 76 täytyy valita selvästi suuremmaksi kuin aukko 65. Läpikulkuaukon 76 halkaisija on edullisesti 25 1-2 mm:n välillä siten, että läpikulkuaukon 76 ja kuristusaukon 65 välinen pinta-alasuhde on 5 ja 10 välillä.

Edelläolevasta käy ilmi, että kiinni/auki-venttiilijärjestelmän 61 ja tilavuusvirtasäätimen 1 sarjaankytkeminen, jos niin halutaan, voidaan 30 suorittaa käännetyssä järjestyksessä säilyttäen kompaktin rakenteen. Samoin voidaan virtausindikaattori 54 laajoissa rajoissa sijoittaa valinnanvaraisesti.

Juoksevan aineen virtauksen säätö lämpöelementtiin 107 ja sen läpi ja 35 aukinaisen kiinni/auki-venttiilijärjestelmän läpikulkumäärän vakiona pitäminen käy seuraavalla tavalla:

II

17 821 51

Asennuslaitteelle 113 asetetaan tavoitelämpötila-arvo siihen tilaan, jossa lämpöelementti 107 on vast, valitaan ohjelma tavoitelämpötilalle. Säätimessä 78 mitataan sitten tilan lämpötilan todellinen arvo tilan 5 lämpötila-anturilla 114 ja verrataan tavoitearvoon. Jos todellinen arvo ohittaa sen hetkisen tavoitearvon antaa säätäjä vaihtokytkentäpulssin venttiilijärjestelmälle 61, joka pulssi muodostuu aukaisupulssista, jos todellinen arvo laskee tavoitearvon alapuolelle ja sulkemispulssista, jos todellinen arvo nousee tavoitearvon yläpuolelle.

10

Jos nyt oletetaan, että säätimen 78 säädinpulssi aukaisee venttiili-järjestelmän 61 pääventtiilin 62 kuvion 4 yhteydessä kuvatulla tavalla ja täten tie tilasta 49 rengaskanavaan 53 (kuvio 5) on auki, toimii tilavuusvirtasäädin 1 seuraavalla tavalla: 15

Kun kammio 34 ei ole paineenalainen sen vuoksi, että tulopuolen 2 läpi ei viedä nestettä, on säätöelementin 6 kalvo täysin aukinaisessa asennossaan, kun kalvo 4, koska siihen vaikuttaa vain jousi 13, painetaan pois venttiilin istukasta 12. Käytössä rakennetaan järjestelmäpaine P1 20 ennen tilavuusvirtasäädintä 1. Tilavuusvirtasäätimen jälkeen vallitsee paine P4, joka määräytyy virtausvastuksesta käyttäjän läpi. Muuttuvien virtausvastuksen ja järjestelmäpaineen perusteella voi paineenlasku Pl:n ja P4:n välillä muuttua. Muuttumattoman läpikulun edellytyksenä on siten vakio paineenlasku säädettävässä vertailukuristimessa 8, jolloin 25 tarvitaan pienin mahdollinen työpaine tai painekynnysarvo, jotta saavutetaan tarkoitettu nimellinen läpivirtaus. Jos kuitenkin työpaine on korkeampi, täytyy ylimenevä paine poistaa säätöelementeissä 6 ja 16 olevalla kuristuksella, niin että läpikulku pysyy vakiona kapean toleranssi - tai virherajojen puitteissa.

30

Jos minkäänlaista virtausta ei tapahdu tilavuusvirtasäätimessä, so. jos kalvoon 4 ei vaikuta mitään painetta, ovat säätöelementit 6 ja 16 avoinna. Jouset 13 ja 23 painavat kalvoja 4,14 pois vastaavista istukoista 12,22. Tulopuolen 2 aloitetussa virtauksessa ja lisätyssä jär-35 jestelmäpaineessa P1 painetaan ensin kalvoa 4 pitempään istukkaa 12 vasten. Samanaikaisesti neste virtaa säädettävän vertailukuristimen 8 ie 82151 läpi rengastilaan 38, johon paine P2 tulee ja tästä tilasta istukan 12 sisätilaan 39 kannen 11 ja istukan 12 välisten aukkojen läpi, johon vastapaine P3 tulee. Voimat, joita paineet P2 ja P3 aiheuttavat kalvolle 4 vaikuttavat paineen P1 aikaansaamaa voimaa vastaan, kunnes pai-5 neenvertailijana toimiva kalvo 4 tulee sellaiseen asentoon, että muutokset paineen laskussa P2-P3 vastaa Pl-P3:n muutosta ja paineenlasku P2-P3 säätökuristimessa pysyy vakiona. Paine-ero P2-P3 muodostaa kuitenkin häiriötekijän siten, että tämä paine-ero, jos se saavuttaa arvon, joka ylittää läpivirtaustoleranssit, täytyy alentaa edelleen. Tämä 10 aikaansaadaan lisäsäätöelementillä 16. Tässä on vertailupaine vaihtele-va, kun taas sillä säätöperustana on edellisestä säätöelementistä 6 eropaine P2-P3. Paine-ero P3-P4, joka tulee yli säätöelementin 16, tulee silloin pienemmäksi ja läpivirtaus voidaan pitää riittävän vakiona. Tavallisesti yhden kaskadin kaksi säätöelementtiä riittää, mutta 15 erityistapauksissa voidaan lisäsäätöelementtejä järjestää ennen säätö-elementtiä 16.

Keksinnössä saavutetaan kaksi -tai useampiportaisella säätölementin järjestelyllä hyvin tarkka, pitkäaikaisstabiili, likaantumaton ja kom-20 pakti tilavuusvirtaussäädin, joka voi työskennellä leveällä painevälil-lä. Säädettävän kuristuksen 8,37 vuoksi voidaan läpivirtausmäärän tavoitearvo valita.

Jotta karkeammat epäpuhtaudet pidetään poissa juoksevan aineen vedes-25 tä, voidaan tulopuolelle järjestää vaihdettava suodatin, esim. pronssi-verkko, jossa silmän koko on 0,2 mm. Hienot epäpuhtaudet eivät huononna tilavuusvirtasäätimen toimintaa.

Kalvot 4,14 ovat edullisesti pääasiassa litteitä, se on että ne ovat 30 tehtyjä suhteellisen pienen taitosvyöhykkeen M ja tämän sisäpuolella olevan suhteellisen suuren tukipinnan (venttiilin kansineen) kanssa. Tämän lisäksi tulee kalvolla olla hyvin pieni sisäinen jäykkyys, edullisesti pienempi kuin kolme g/(cm2 kalvonpintaa) ja hyvin iso iskun-pituus. Tähän sopii ennenkaikkea rullakalvo, sikkauskalvo ja muotoillut 35 laakeat kalvot. Materiaaliksi sopii esim. tavaramerkkeinä tunnetut materiaalit EPDM (eteenipropeenikumi) ja viton (fluorikumi, rek. tava-

II

19 821 51 ramerkki) joilla on kovuudet 55-70° sh ja paksuus esim. 0,2 - 0,4 mm. Jos suuret ylipaineet otetaan huomioon, voidaan kyseiset kalvot vahvistaa kudoksella.

5 Parhaat tulokset saadaan maksimaalisen suurilla kalvonpinnoilla, jolloin kalvon halkaisija mieluiten tulee nousta ainakin 70 %:iin pesän halkaisijasta vast, rungon 31 sisähalkaisijasta. Venttiilin istukoitten 12,22 aukkojen tulee toisalta olla suhteellisen pieniä antamaan hyvä säätötarkkuus, mutta toisaalta venttiilin virtausvastus ei saa tulla 10 liian isoksi. Hyviä tuloksia saadaan täten venttiilihalkaisijoilla välillä 35-45 % kalvonhalkaisijöistä.

Jotta saadaan toivotut isot läpivirtausmäärät ja alhaiset kynnysarvot työpaineelle, tulee edelleen virtausvastukset pitää alhaisina. Tätä 15 tarkoitusta varten tehdään annetussa runkohalkaisijassa kalvon ulottuvuudet ja tulo- ja paluukanavat hyvin kasvaviksi ja seinän paksuudet, sisältäen kalvon kiristyspaikkojen paksuuden W, pieniksi. Tätä tarkoitusta varten voidaan kalvo sen sijaan mitä näytettiin kuviossa 5 vaihtoehtoisesti kiristää, liimata tai vulkanoida kiinni paksunnoksella 20 myös suoraan ohueen seinään W. Jälkeen koko virtaustien tilavuusvir-tasäätimen läpi tulee kaikkien rajoituksien poikkeuksena tarpeellist terävät kuristukset olla suoritettu ilman reunoja ja kulmia ja olla niin sileitä, tasoitettuja ja jatkuvia kuin mahdollista. Samankeskiset tulo- ja paluukanavat 50 ja 53 halkaisijoineen V ja R voidaan korvata 25 säteittäisjaolla siten, että kanavat 50 ja 53 kuviossa 5 osoitetussa läpileikkauksessa eivät kulje samansuuntaisesti vaan toistensa takana. Edelleen voi ulkorungon muoto olla neliömäinen, joka kulmissa, joita ei täytä pyöreät kalvot, jättää tilaa kanaville 50 ja 53. Tilavuusvir-tasäätimellä sovellettuna edellä kuvattujen suuntaviivojen mukaan voi-30 daan seuraavat erittäin hyvät tulokset saavuttaa esim. 3/8" venttiilin ja standardiliitosten avulla: - työpaineen kynnysarvo pienempi kuin 0,1 baaria, - tilavuusvirtaus ainakin 200 1/min ja 35 - 2 %:set tarkkuudet hyvin leveällä työpaineintervallilla aina yli 1 baarin paineella.

20 821 51

Esitettyjen suuntaviivojen avulla voidaan rakenne optimoida eri käyttö tarko i tuks i in.

5 Materiaalin valinnassa tulee ottaa myös huomioon, että erilaiset elementit tulee olla sähkökemiallisesti ja kemiallisesti vastustuskykyisiä, se on, että ne ei saa reagoida kemiallisesti juoksevan aineen virtauksessa tai ympäröivien runkojen tai johtojen kanssa. Esim. messinki -rungossa venttiilin jouset 13 ja 23 muodostuvat jousipronssista tai 10 haponkestävästä teräksestä.

Rengasjouset kuviossa 5 voidaan korvata toisilla jousilla, esim. leh-tijousilla tai vääntöjousilla. Lautasjouset sopivat, koska ne ovat kompakteja ja mahdollistavat rungon alhaisen rakennekorkeuden ja lyhyet 15 yhdyskanavat. Periaatteessa voidaan jouset sen sijaan integroida kalvoihin.

Riippuen indikoiko virtausosoitin 58 virtausta vai ei, mitataan lämpötila-ero lämpötila-antureitten 109,118 välillä ja kerrotaan elektro-20 niikkayksikössä 117 koodatulla läpivirtausmäärän säädöllä kuristimen 8 läpi ja integroidaan vast, lasketaan yhteen venttiilijärjestelmän 61 aukaisuajankohtana. Yhteenlaskettua energiankäyttöä osoittaa näyttö 112 suhteellisina tai absoluuttisina arvoina (kuvio 3). Elektroninen työstö tapahtuu esim. käyttämällä sarjaankytkettyjä virtamuuntajia (esim. LM 25 234), jotka sen jälken antavat lämpötilaeroon suhteutetun virtasignaa- lin, joka kondensaattorin avulla muunnetaan pulsseiksi tai edelleen-työstetään A/D-muuttajalla ja lasketaan yhteen.

Il

Claims (21)

2i 82151

1. Laite sen lämpömäärän mittaamiseksi, jonka lämpöelementti (107) antaa tilaan ja lämpöelementin (107) läpivirtaavan, lämmönkuljettajana 5 toimivan juoksevan aineen virtauksen samanaikaiseksi säätämiseksi, tarkoituksena säätää tilan lämpötilaa, joka laite käsittää tilavuusvir-tasäätimen (1), joka päästää eteenpäin vakion juoksevan aineen virtauksen, ja ohjausventtiilillä (77) säädettävän signaalianturin, esim. tilatermostaatin (114), ja juoksevan aineen virtauksen energian väli-10 tyksellä kytkettävän kiinni/auki-venttiilin (62) juoksevan aineen virtauksen estämiseksi tai läpipäästämiseksi ja lämpötila-anturit (118,119) lämpöelementin (107) tulopuolelta (106) ja paluupuolta (111) varten, ja elektroniikkayksikön (78,117), joka määrittää luovutettavan lämpömäärän sähköisiksi suureiksi muutettujen lämpötilaerojen arvojen 15 integroinnilla kiinni/auki-venttiilin (62) aukijaksojen aikana, tunnettu siitä, että tilavuusvirtasäädin (1) käsittää ainakin kaksi kaskadiin säädettyä säätöelementtiä (6,16), joista kumpikin sisältää ohjauskammion (34,44) ja ohjauskammiosta (34,44) jousipaineisel-la kalvolla (4,14) erotetun läpivirtauksen säätökammion (38,48), jonka 20 läpi juokseva aine virtaa ja jonka läpivirtauspoikkipinta-ala riippuu kalvon hetkellisestä taipumasta, jolloin juoksevan aineen syöttökanava (2") on liitetty toisaalta suoraan ensimmäisen säätöelimen (6) ohjaus-kammioon (34) ja toisaalta elimen (8) kautta paineenalennuksen aikaansaamiseksi ensimmäisen säätöelementin (6) läpivirtauksensäätökammion 25 (38) syöttöön ja toisen säätöelementin (16) ohjauskammioon (44), ja että kiinni/auki-venttiilin (62) ohjausventtiiliin (77) kuuluu bista-biili asetuslaite (63), joka vaihtaa ohjausventtiilin (77) venttiili-kappaleen (81) sähkömagneettisen kääntöelementin (79) avulla, joka kuluttaa vain minimaalisesti sähköenergiaa, ja joka on liitetty signaa-30 li-anturiin (113,114) ja elektroniikkayksikköön (78,117).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että kiinni/auki-venttiili on muodostettu kalvoventtiiliksi (62), jossa on kalvo (64), joka yhdessä tilavuusvirtasäätimen (1) molempien säätöele- 35 menttien (6,16) kanssa on järjestetty toistensa perään yhteiseen läpi-virtausrunkoon (31,102) juoksen aineen virtausta varten. _ — ΤΓ 22 821 51

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että tilavuusvirtasäätimen (1) läpipäästämä läpikulkumäärä on asetettavissa säädettävän tai vaihdettavan kuristimen (8) avulla, jolloin juok- 5 sevan aineen säädettävä läpikulkumäärä otetaan huomioon pakko-ohjattuna tai koodattuna asetuksena elektroniikkayksikössä (117) lämpömäärämit-tausta suoritettaessa.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen laite, tunnettu 10 siitä, että ainakin yhteen tilavuusvirtasäätimen (1) säätöeleraenttiin (16) muodostuu paine-ero, sarjaan sitä ennen järjestetyn säätöelementin (6) avulla, joka toimii kuristimena.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen laite, tunnettu 15 siitä, että tilavuusvirtasäätimen (1) säätöelementit (6,16) ja kalvo-venttiiliksi muodostettu kiinni/auki-venttiili (62), jossa on ohjaus-venttiili (77) ja bistabiili säätöelementti (63), ovat yhdistetyt kompaktiksi venttiiliyksiköksi (102), joka on varustettu normaaleilla lämpöjohtoliittymillä (104) ja on asennettavissa lämpöjohtoon (106) 20 konventionaalisen lämmönsäätöventtiilin sijasta, jolloin venttiili-yksikkö (102) kannattaa sen päälle pantua venttiilikotelolaiteryhmää (103), johon sisältyvät elektroniikkayksikkö (117) ja indikointi-, säätö- ja esiasetuselementit (112,113).

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen laite, tunnettu siitä, että juoksevan aineen virtauksen ja täten tilalämpötilan säätö tapahtuu säädettävällä termostaatilla (113, 114), joka vapauttaa kiin-ni/auki-venttiilin (62) aukaisun ja sulun ja joka on liitetty elektroniikka-yksikön (117) säätölaitteeseen (78). 30

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että termostaatin (113,114) ohjaussuure tai tavoitearvo on automaattisesti säädettävissä ajan mukaan ennalta määrättyihin arvoihin.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen laite, tunnettu siitä, että energian huoltoon käytetään aurinkokennoja tai puolijohde- 23 8 2 1 51 lämpöelementtejä, esim. Peltier-elementtejä, juoksevan aineen virran energian muuntamiseksi sähköenergiaksi.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen laite, tunnettu 5 siitä, että se käsittää virtausindikaattorin (58), joka antaa signaalin elektroniikkayksikölle (117), jos juokseva aine virtaa tai on paikoillaan, ja joka aloittaa vast, pysäyttää lämpötila-antureitten (106,118) lämpötilaeroarvon integroinnin.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että virtausindikaattori (58) on muodostettu yhteen säätöelimeen (6,16) liitetyksi kosketuksettomaksi kytkimeksi.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laite, tunnettu siitä, 15 että virtausindikaattori (58) on muodostettu kiinni/auki-venttiiliin liitetyksi kosketuksettomaksi kytkimeksi.

12. Jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukainen laite, tunnettu siitä, että tilavuusvirtasäätimen (1) kuristin (8), joka aikaansaa 20 säätöelementit (6) kalvon (4) molemmille puolille paine-eron, on muodostettu terävästä aukosta.

13. Jonkin patenttivaatimuksen 1-12 mukainen laite, tunnettu siitä, että tilavuusvirtasäätimen (1) kalvot (4,14,64) ja kiinni/auki- 25 venttiili (62) ovat pääasiassa litteitä ja niillä on alhainen jäykkyys, jolloin kalvon pinnat ovat sovelletut ulottumaan rungon (31) poikkileikkauksen suuren osan yli.

14. Jonkin patenttivaatimuksen 1-13 mukainen laite, tunnettu 30 siitä, että pitoelementti ohjausventtiilin (77) bistabiilia asetin- laitetta (63) varten muodostuu kestomagneetista (91), apujousesta (83) ja/tai lukkojousesta.

15. Jonkin patenttivaatimuksen 1-14 mukainen laite, tunnettu 35 siitä, että liikkuva ankkuri (82) bistabiilissa elektromagneettisessa säädinelementissä (79) on kiinteästi liitetty ohjausventtiiliin (77) 24 82151 sisältyvään venttiilinestokappaleeseen (81), jota estonsuunnassa apu· jousi (83) kuormittaa, ja runkoon (31) on lisäksi järjestetty kestomagneetti (91), joka muodostaa pitoelementin venttiilinestokappaleen (81) aukiasentoa varten. 5

16. Jonkin patenttivaatimuksen 1-15 mukainen laite, tunnettu siitä, että kiinni/auki-venttiili (62) on varustettu kuristusaukolla (65) ohjausventtiilin (77) yhdystilaan (55), ja suodin (66) on järjestetty tämän aukon (65) eteen. 10

17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen laite, tunnettu siitä, että ohjausventtiilin (77) läpikulun (76) ja kiinni/auki-venttiilin (62) kuristusaukon (65) välinen pinta-alasuhde on välillä 5 - 10.

18. Jonkin patenttivaatimuksen 1-17 mukainen laite, tunnettu siitä, että injektorimainen liittymä (67) kulkee ohjauskammiosta (54) päävirtauksen ulostulopuolelle (53).

19. Jonkin patenttivaatimuksen 1-18 mukainen laite, tunnettu 20 siitä, että säätöelementtien (6,16) ja kiinni/auki-venttiilin (62) kalvot (4,14,64) keskiosissaan kannattelevat venttiilin kantta (11.21.71) , jotka toimivat yhdessä halkaisijaltaan rengasmuotoisten venttiilin istukoitten (12,22,72) kanssa, jolloin kalvokansiin (11.21.71) vaikuttaa jousi (13,23,73).

20. Jonkin patenttivaatimuksen 1-19 mukainen laite, tunnettu siitä, että kalvot ovat vastustuskykyistä materiaalia, kuten esim. tavaramerkkeinä tunnettua EPDM- tai VITON-materiaalia ja niillä on sisäinen jäykkyys pienempi kuin 3 g/cm1 kalvonpintaa. 30

21. Jonkin patenttivaatimuksen 1-20 mukainen laite, tunnettu siitä, että kalvot (4,14) ovat ulkokehältään tiiviisti kiinnitetty paksunnoksella tai liimaamalla ja kiinnivulkanoinnilla ja kalvoihin vaikuttavat jouset (13,23) ovat järjestetyt kuormittumaan vain suhtelli- 35 suusalueillaan ja ovat sähkökemiallisesti vastustuskykyisiä. n 25 82 1 51