PL176277B1 - Urządzenie do regulacji temperatury wody w instalacji wodnej - Google Patents

Abstract

1 Urzadzenie do regulacji temperatury wody w instalacji wodnej, wyposazone w wymiennik ciepla, którego strona pierwot- na jest polaczona szeregowo z zaworem regulacyjnym instalacji grzewczej, a strona wtórna jest polaczona szeregowo z instalacja wodna; w czujnik temperatury, mierzacy temperature wody w in- stalacji wodnej za wymiennikiem ciepla i odwzorowujacy ja cisnie- niem pary, przemieszczajacym grzybek zaworu regulacyjnego insta- lacji grzewczej, wbrew sile sprezyny, w kierunku gniazda zaworu, oraz w kryze regulacyjna umieszczona w instalacji wodnej; przy czym zawór regulacyjny instalacji grzewczej jest wyposazony w membrane oddzielajaca od siebie dwie komory, z których dolna jest polaczona z wysokocisnieniowa strona kryzy regulacyjnej, a górna jest polaczona z niskocisnieniowa strona kryzy regulacyjnej; przy czym kierunek przemieszczania membrany zaworu regulacyjnego powodowanego róznica cisnienia w kryzie regulacyjnej jest prze- ciwny do kierunku przemieszczania membrany powodowanego przez czujnik temperatury, znamien ne tym, ze membrana (9) jest polaczona sztywno z grzybkiem (18) zaworu regulacyjnego (4) w kierunku jego zamykania, a wielkosc przemieszczenia membrany (9) w kierunku otwierania zaworu regulacyjnego (4) jest funkcja róznicy cisnienia przed 1 za kryza regulacyjna (7) 1 róznicy pomiedzy sila sprezyny (21) i sila spowodowana przez dzialanie cisnienia wywolanego przez czujnik temperatury (6) PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do regulacji temperatury wody w instalacji wodnej. Urządzenie jest wyposażone: w wymiennik ciepła, którego strona pierwotna jest połączona szeregowo z zaworem regulacyjnym instalacji grzewczej, a strona wtórna jest połączona szeregowo z instalacją wodną; w czujnik temperatury, mierzący temperaturę wody w instalacji wodnej za wymiennikiem ciepła i odwzorowujący ją ciśnieniem pary, przemieszczającym grzybek zaworu regulacyjnego instalacji grzewczej, wbrew sile sprężyny, w kierunku gniazda zaworu; oraz w kryzę regulacyjną umieszczoną w instalacji wodnej. Zawór regulacyjny instalacji grzewczej jest wyposażony w membranę oddzielającą od siebie dwie komory, z których dolna jest połączona z wysokociśnieniową stroną kryzy regulacyjnej, a górna jest połączona z niskociśnieniową stroną kryzy regulacyjnej. Kierunek przemieszczania membrany zaworu regulacyjnego powodowanego różnicą ciśnienia w kryzie regulacyjnej jest przeciwny do kierunku przemieszczania membrany powodowanego przez czujnik temperatury.

W znanych urządzeniach tego typu przemieszczenie membrany wywołane różnicą ciśnienia w kryzie regulacyjnej jest przekazywane na grzybek zaworu regulacyjnego w kierunku jego zamykania. Przemieszczenie membrany w kierunku otwierania zaworu jest ograniczone zderzakiem, wskutek czego nawet małe otwarcie zaworu odpływowego w instalacji wodnej, poza

176 277 wymiennikiem ciepła, powoduje powstanie w kryzie regulacyjnej różnicy ciśnienia wystarczającej do przemieszczenia membrany do zderzaka. Zawór regulacyjny otwiera się dalej tylko wówczas, gdy odpływ w instalacji wodnej wzrasta, temperatura wody użytkowej spada, a zmiana temperatury zostaje wykryta przez czujnik temperatury. Po zwiększeniu przepływu wody powstaje zbyt duży spadek temperatury wody użytkowej zanim zawór regulacyjny, uruchomiony czujnikiem temperatury, znowu spowoduje wzrost jej temperatury. Temperatura wody podnosi się powyżej jej pożądanego poziomu, zanim zostanie to wykryte przez czujnik temperatury. Po osiągnięciu górnej wartości temperatury różnica ciśnienia w kryzie regulacyjnej spada, zawór regulacyjny znów zamyka się, temperatura wody użytkowej spada poniżej wartości pożądanej. Trwa to do chwili powtórnego otwarcia zaworu regulacyjnego wynikłego z działania czujnika temperatury. Osiągnięcie pożądanej temperatury wody użytkowej wymaga zużycia dużej ilości energi cieplnej w instalacji grzewczej.

Celem wynalazku jest opracowanie konstrukcji takiego urządzenia do regulacji temperatury wody w instalacji wodnej, które wyeliminuje niedogodności znanych dotychczas urządzeń, a zwłaszcza pozwoli na utrzymanie stałej pożądanej temperatury wody użytkowej, niezależnie od wielkości jej przepływu w jednostce czasu, przy zużyciu małej ilości energii cieplnej.

Zadanie to zrealizowano przez opracowanie konstrukcji urządzenia do regulacji temperatury wody w instalacji wodnej, w którym membrana zaworu regulacyjnego jest połączona sztywno z grzybkiem w kierunku jego zamykania, a wielkość przemieszczenia membrany w kierunku otwierania zaworu regulacyjnego jest funkcją różnicy ciśnienia przed i za kryzą regulacyjną i różnicy pomiędzy siłą sprężyny i siłą spowodowaną przez działanie ciśnienia wywołanego przez czujnik temperatury.

W tym rozwiązaniu zmiana różnicy ciśnienia w kryzie regulacyjnej, spowodowana zmianą wielkości przepływu wody użytkowej, powoduje natychmiastowe proporcjonalne przemieszczenie membrany, powodujące zmianę przepływu wody w instalacji grzewczej, nawet zanim zareaguje czujnik temperatury. Umożliwia to utrzymanie temperatury wody użytkowej w pożądanych granicach i małe zapotrzebowanie energii cieplnej.

Korzystnym rozwiązaniem wynalazku jest, że kryza regulacyjna jest umieszczona w instalacji wodnej przed czujnikiem temperatury. Wykrywa ona zmiany wielkości przepływu wody użytkowej szczególnie szybko, nawet w przypadku małych zmian wielkości przepływu.

Korzystnym rozwiązaniem wynalazku jest, że wielkość otwarcia kryzy regulacyjnej jest ograniczona przez gniazdo, współpracujące z grzybkiem, naciskanym w kierunku zamykania i w kierunku przeciwnym do kierunku przepływu wody, przez sprężynę o regulowanej sile nacisku. Dzięki temu pożądana wartość temperatury wody użytkowej może być regulowana szczególnie łatwo.

Korzystnym rozwiązaniem wynalazku jest, że kryza regulacyjna jest wyposażona w bocznik o takim przekroju, że po zamknięciu odpływu ciepłej wody użytkowej jest utrzymane minimalne otwarcie zaworu regulacyjnego. Kryza regulacyjna nie przekazuje wówczas różnicy ciśnienia na membranę, która pozostaje w równowadze i odpowiednio przymyka zawór regulacyjny gdy nie ma znaczącego zużycia wody użytkowej. Dzięki temu temperatura wody użytkowej jest w zakresie jej dolnej wartości już w momencie rozpoczęcia przepływu wody użytkowej.

Korzystnym rozwiązaniem wynalazku jest, że bezpośrednio przed osiągnięciem położenia zamkniętego grzybek zaworu regulacyjnego jest silnie odpychany w kierunku jego otwarcia przez dodatkową sprężynę lub przez sprężysty pierścień. Nawet w warunkach obciążeń ekstremalnych, na przykład bardzo wysokiej temperatury gorącej wody po stronie pierwotnej wymiennika ciepła, lub bardzo dużej różnicy ciśnienia w kryzie regulacyjnej, gdy są odprowadzane małe ilości wody użytkowej w jednostce czasu, zostaje osiągnięta płynna regulacja, ponieważ charakterystyka zaworu regulacyjnego, czyli zależność stopniajego otwarcia, od wysokości uniesienia się grzybka, jest wykładnicza. Zastosowanie dodatkowej sprężyny lub pierścienia powoduje znaczny wzrost siły potrzebnej do zamknięcia zaworu tuż przed jego zamknięciem. Dzięki temu nawet przy małym przepływie wody użytkowej o wysokiej temperaturze możliwa jest płynna regulacja.

Wynalazek jest przykładowo wyjaśniony na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia schemat blokowy urządzenia według wynalazku, fig. 2 - główne zespoły urządzenia według

176 277 wynalazku, w częściowym przekroju, fig. 3 - odmianę rozwiązania fragmentu zaworu regulacyjnego według fig. 2, w przekroju.

Zespół grzewczy 1 ogrzewa wodę w instalacji grzewczej 2, a strona pierwotna wymiennika ciepła 3 jest połączona szeregowo z zaworem regulacyjnym 4. Strona wtórna wymiennika ciepła 3 jest połączona z instalacją wodną 5. W instalacji wodnej 5, na wyjściu z wymiennika ciepła 3, jest umieszczony czujnik temperatury 6. Czujnikiem temperatury 6 jest tak zwany termometr parowo-ciśnieniowy, który przekształca pomierzoną temperaturę wody w odpowiednie ciśnienie pary. W instalacji wodnej na dopływie do strony wtórnej wymiennika ciepła 3 jest umieszczona kryza regulacyjna 7, natomiast na odpływie strony wtórnej wymiennika ciepła 3 jest umieszczony zawór odpływowy 8.

Zawór regulacyjny 4 (fig. 2), ograniczający przepływ gorącej wody przez stronę pierwotną wymiennika ciepła 3, jest wyposażony w membranę 9, której krawędź jest szczelnie zaciśnięta pomiędzy krawędziami dwóch, połączonych ze sobą, obudów komór 10 i 11. Membrana 9 jest również zaciśnięta pomiędzy dwoma talerzykami 12 i 13, które tak jak i membrana są wyposażone w centralny otwór, na krawędzi którego talerzyki 12 i 13 i membrana 9 są ze sobą ściśnięte szczelnie za pomocą kołnierza części 14a wieloczęściowego trzpienia 14 zaworu. Do kołnierza otworu ściany komory 10 jest przymocowany wieloczęściowy korpus 15 zaworu, w którego końcowej części 16 jest umieszczone gniazdo 17, współpracujące z grzybkiem 18. Grzybek 18 jest przymocowany do zakończenia części 14b trzpienia 14. Część 14b trzpienia przechodzi uszczelniona, przez otwór w pokrywie 19 końcowej części 16 korpusu zaworu, ajej przeciwległe zakończenie jest wkręcone do gwintowanego otworu nakrętki 20. Sprężyna 21 jednym końcem opiera się na nakrętce 20, a drugim końcem na pokrywie 19. Pierścień 22 jest trwale przymocowany do części 14b trzpienia 14 za pomocą śruby blokującej 23, wkręconej w gwintowany otwór pierścienia 22. Pomiędzy pokrywą 19 i pierścieniem 22 część 14b trzpienia 14 jest otoczona sprężyną 24.

Grzybek 18 ma centralny otwór, w którym jest zamocowany dolny koniec części 14b trzpienia 14. Część 14b trzpienia, przylegająca ściśle do górnej strony grzybka 18, jest otoczona komorą 26, której wnętrze jest połączone, za pomocą promieniowego otworu 27, centralnego otworu 28 w części 14b, oraz otworu 25, z dopływową stroną końcowej części 16 korpusu zaworu. Górny koniec części 14b trzpienia 14 styka się z dolnym końcem dalszej jego części 14c. Górny koniec części 14c jest włożony do osiowego ślepego otworu w dolnym końcu części 14a trzpienia 14. Część 14c jest uszczelniona względem korpusu 15.

Osłona 29 jest przymocowana do kołnierza ściany komory 11 i uszczelniona względem tej komory. W osłonie 29 jest umieszczony mieszek 30, którego górna część 31, za pomocą części 14d trzpienia 14, jest oparta na części 14e, umieszczonej w otworze górnego końca części 14a. Część 14e przechodzi przez podstawę 32 osłony 29 i jest względem niej uszczelniona. Dolny koniec mieszka 30 jest oparty na osłonie 29.

Przestrzeń pomiędzy osłoną 29 i mieszkiem 30 jest połączona za pomocą rurki 33 z czujnikiem temperatury 6.

Wnętrze komory 10 jest połączone za pomocą rurki 34 z wysokociśnieniową stroną kryzy regulacyjnej 7, a wnętrze komory 11 jest połączone za pomocą rurki 35 z niskociśnieniową stroną kryzy regulacyjnej 7.

Otwór przepływowy kryzy regulacyjnej 7 jest ograniczony gniazdem 36, współpracującym z grzybkiem 38 dociskanym przez sprężynę 37, o regulowanej sile nacisku, w kierunku przeciwnym do kierunku przepływu wody. Siła sprężyny 37 jest regulowana za pomocą obracanej ręcznie osłony 39. Osłona jest wyposażona w wewnętrzny gwint i jest nakręcana na korpus 40. Przez zakończenie korpusu 40 przechodzi sworzeń 41, przymocowany do wnętrza osłony 39 i uszczelniony względem korpusu 40, naciskający na sprężynę 37 za pośrednictwem płytki 42. Sprężyna 37 wywiera nacisk na grzybek 38. Pożądana wartość temperatury wody przepływającej przez instalację wodną i stronę wtórną wymiennika ciepła 3 jest regulowana za pomocą osłony 39 kryzy regulacyjnej 7. Kryza regulacyjna 7 jest również wyposażona w nie uwidoczniony bocznik, który jest tak zwymiarowany, że gdy zawór odpływowy 8 jest zamknięty zapewnione jest minimalne otwarcie zaworu regulacyjnego 4.

176 277

Figura 3 uwidocznia, w powiększeniu, fragment odmiany rozwiązania zaworu regulacyjnego 4, która przewiduje zastosowanie kauczukowego sprężystego pierścienia 43, zamiast spiralnej sprężyny 24 uwidocznionej na fig. 2.

Sposób eksploatacji urządzenia jest następujący: Jak długo zawór odpływowy 8 jest zamknięty, woda nie przepływa przez instalację wodną 5 i wówczas, ze względu na istnienie bocznika, nie tworzy się różnica ciśnienia w kryzie regulacyjnej 7. Ciśnienie w komorach 10 i 11 jest wyrównane, a siła mieszka 30, wywołana ciśnieniem pary, spowodowanym przez czujnik temperatury 6, jest przekazywana za pomocą trzpienia 14 i wbrew sile sprężyny 21 na grzybek 18 zaworu regulacyjnego 4 w kierunku jego zamykania. Siła sprężyny 21 jest tak ustalona, że temperatura na wtórnej stronie wymiennika ciepła 3 i w instalacji wodnej 5 wynosi około 35°.

Gdy zawór odpływowy 8 jest otwarty, to woda w instalacji wodnej 5 przepływa przez kryzę regulacyjną 7, przez wtórną stronę wymiennika ciepła 3 i dokoła czujnika temperatury 6. Nawet zanim czujnik temperatury 6 wykryje odpowiednie obniżenie się temperatury wody, to powstaje odpowiednia różnica ciśnienia na kryzie regulacyjnej 7. Ta różnica ciśnienia porusza membranę 9, działaniem siły sprężyny 21, w kierunku otwierania grzybka 18, przeciw sile ciśnienia pary, wywołanej przez czujnik temperatury 6. Zawór regulacyjny 4 otwiera się w wyniku powstania różnicy ciśnienia w kryzie regulacyjnej 7, co powoduje wzrost ilości przepływu gorącej wody przez pierwotną stronę wymiennika ciepła 3. Wynikiem tego jest wzrost temperatury w instalacji wodnej 5 i odpowiedni wzrost ciśnienia pary spowodowanego czujnikiem temperatury 6. Różnica ciśnienia w kryzie regulacyjnej 7 jednakże wzrasta tylko do osiągnięcia pożądanej temperatury, ustalonej za pomocą osłony 39, na przykład do 50°C. W stanie równowagi sił działających na grzybek 18 zaworu regulacyjnego 4, przepływ przez zawór regulacyjny 4 jest taki, że temperatura mierzona przez czujnik temperatury 6 jest temperaturą pożądaną.

Pierścień 22 naciska na sprężynę 24 lub na pierścień 43 dopiero zanim grzybek 18 osiągnie położenie zamknięcia. Osiąga się dzięki temu płynną regulację w sytuacjach obciążeń ekstremalnych. Obciążenie ekstremalne może oznaczać bardzo wysoką temperaturę gorącej wody po stronie pierwotnej wymiennika ciepła 3, lub bardzo dużą różnicę ciśnienia w kryzie regulacyjnej 7, gdy są odprowadzane małe ilości wody użytkowej w jednostce czasu. Charakterystyka zaworu regulacyjnego 4, czyli zależność stopnia jego otwarcia, od wysokości uniesienia się grzybka 18, powinna być wykładnicza. Realizacja takiej charakterystyki jest trudna i droga. Użycie dodatkowej sprężyny 24 lub pierścienia 43 pozwala na ułatwienie osiągnięcia tego celu, ponieważ siła wymagana do zamknięcia zaworu regulacyjnego wzrasta ostro tuż przed jego zamknięciem. Ten wzrost siły potrzebnej do zamknięcia zaworu umożliwia płynną regulację w wymienionych ekstremalnych warunkach obciążenia.

Ciśnienie wody działające na grzybek 18 w kierunku jego otwierania działa w tym samym czasie za pomocą otworów 25,28 i 27, również na bok grzybka 18, co nie powoduje zmiany siły uruchamiającej grzybek 18.

Wnętrze mieszka 30 jest połączone z atmosferą za pomocą nie uwidocznionego otworu wentylacyjnego, usytuowanego w podstawie 32. Wnętrze korpusu 15 jest również połączone z atmosferą za pomocą otworu 44.

W omówionym urządzeniu według wynalazku wpływ wielkości przepływu wody przez instalację wodną 5 na temperaturę we wtórnej stronie wymiennika ciepła 3 i w instalacji wodnej 5 jest kompensowany w sposób ciągły.

176 277

176 277

Fig.3

176 277

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do regulacji temperatury wody w instalacji wodnej, wyposażone: w wymiennik ciepła, którego strona pierwotna jest połączona szeregowo z zaworem regulacyjnym instalacji grzewczej, a strona wtórna jest połączona szeregowo z instalacją wodną; w czujnik temperatury, mierzący temperaturę wody w instalacji wodnej za wymiennikiem ciepła i odwzorowujący ją ciśnieniem pary, przemieszczającym grzybek zaworu regulacyjnego instalacji grzewczej, wbrew sile sprężyny, w kierunku gniazda zaworu; oraz w kryzę regulacyjną umieszczoną w instalacji wodnej; przy czym zawór regulacyjny instalacji grzewczej jest wyposażony w membranę oddzielającą od siebie dwie komory, z których dolna jest połączona z wysokociśnieniową stroną kryzy regulacyjnej, a górna jest połączona z niskociśnieniową stroną kryzy regulacyjnej; przy czym kierunek przemieszczania membrany zaworu regulacyjnego powodowanego różnicą ciśnienia w kryzie regulacyjnej jest przeciwny do kierunku przemieszczania membrany powodowanego przez czujnik temperatury, znamiene tym, że membrana (9) jest połączona sztywno z grzybkiem (18) zaworu regulacyjnego (4) w kierunku jego zamykania, a wielkość przemieszczenia membrany (9) w kierunku otwierania zaworu regulacyjnego (4) jest funkcją różnicy ciśnienia przed i za kryzą regulacyjną (7) i różnicy pomiędzy siłą sprężyny (21) i siłą spowodowaną przez działanie ciśnienia wywołanego przez czujnik temperatury (6).
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że kryza regulacyjna (7) jest umieszczona w instalacji wodnej (5) przed czujnikiem temperatury (6).
3. 3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że wielkość otwarcia kryzy regulacyjnej (7) jest ograniczona przez gniazdo, współpracujące z grzybkiem (38), naciskanym w kierunku zamykania i w kierunku przeciwnym do kierunku przepływu wody, przez sprężynę (37) o regulowanej sile nacisku.
4. 4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że kryza regulacyjna (7) jest wyposażona w bocznik o takim przekroju, że po zamknięciu odpływu ciepłej wody użytkowej jest utrzymane minimalne otwarcie zaworu regulacyjnego (4).
5. 5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że bezpośrednio przed osiągnięciem położenia zamkniętego grzybek (18) zaworu regulacyjnego (4) jest odpychany w kierunku jego otwarcia przez dodatkową sprężynę (24) lub przez sprężysty pierścień (43).