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Diese
Erfindung bezieht sich auf eine Ventilanordnung für ein System
mit einem Wärmeträgermedium,
das durch eine Reihe von Wärmetauschern in
dem System strömt,
wobei die Ventilanordnung ein Thermostatventil mit einem Gehäuse, das
einen Einlass und einen Auslass umfasst, einer Spindel, die durch
einen Thermostatbalg verschoben werden kann und einer Dichtung aufweist,
und das je nach Ausdehnung/Zusammenziehen des Thermostatbalgs und
gegen den Druck einer Feder, die die Spindel umgibt, eine Öffnung mit
einem Sitz in einer Querwand in dem Gehäuse zwischen dem Einlass und dem
Auslass verschließen
bzw. öffnen
kann.
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Eine
zentrale Heizanlage mit Thermostatventilen und einem differenziellen
Druckventil ist aus dem US-Patent Nr. 5,178,324 bekannt, wobei die
Anlage in einer solchen Art und Weise aufgebaut ist, dass es möglich ist,
den Fluss in der gesamten Anlage, einem einzelnen Teil der Anlage
oder in mehreren, in Zonen unterteilten Abschnitten der Anlage,
zu steuern.
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Diese
Anlage weist mehrere Wärmetauscher auf,
wobei jeder mit seinem eigenen Thermostatventil versehen ist, wobei
die Wärmetauscher
dazu vorgesehen sind, in einer Anzahl von mindestens einem in jedem
Raum in einem Gebäude
angeordnet zu werden, und wobei die Ventile in dem Rohrleitungssystem
der Anlage angeordnet sind.
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In
zentralen Heizanlagen ist es wichtig, dass das Wasser über die
Anlage in einem zuvor berechneten Verhältnis so verteilt wird, dass
die dimensionierten Heizerfordernisse der einzelnen Wärmetauscher
berücksichtigt
werden können.
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Es
ist auch wichtig, dass die Wärme
führende
Flüssigkeit
in den Wärmetauschern
für eine
Zeitdauer verbleibt, die lang genug ist, um zuzulassen, dass eine
annehmbare Wärmemenge
in den Räumen
des Gebäudes
abgegeben wird, die durch die Wärmetau scher
geheizt werden sollen, was mittels eines differenziellen Druckventils,
angeordnet in einzelnen Verzweigungen der Anlagen, in denen dieses Ventil
die Strömung
der die Wärme
führenden
Flüssigkeit
regulieren kann, sichergestellt werden kann.
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Weiterhin
ist es wichtig, dass der differenzielle Druck über die einzelnen Wärmetauscher
so niedrig ist, dass kein Geräusch
in den Ventilen entsteht, so dass ein solches Geräusch eine
Unannehmlichkeit verursachen kann, entweder direkt oder durch Übertragung
durch das Rohrleitungssystem.
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In
den einzelnen Räumen
kann der Fluss der die Wärme
führenden
Flüssigkeit
durch die Wärmetauscher
oder jedem der Wärmetauscher
mittels thermostatischen Ventilen geregelt werden, die, in Abhängigkeit
von der Temperatur in dem Raum, sich mehr oder weniger öffnen können, um
einen Fluss durch den Wärmetauscher
(die Wärmetauscher)
so zu ermöglichen,
dass die Abgabe von Wärme
an die Räume
innerhalb solcher Grenzen gehalten werden kann, die durch die Genauigkeit
der thermostatischen Ventile bestimmt sind, und durch die Temperatur,
die der Benutzer wünscht,
in dem Raum durch Einstellung des thermostatischen Ventils oder
der Ventile beizubehalten.
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Wenn
gewöhnliche
Thermostatventile in einer Länge
einer Rohrleitung montiert werden, die das die Wärme führende Medium von einem Wärmetauscher
zu den darauf folgenden Wärmetauschern führt, wird
jedes dieser Thermostatventile von den anderen abhängig sein.
Demzufolge wird, wenn zehn Thermostatventile in einer Länge einer
Rohrleitung montiert sind, und neun von diesen geschlossen sind,
der differenzielle Druck über
das offene Ventil erhöht
werden. Dies führt
zu einer Erhöhung
in dem Fluss durch den zugeordneten Wärmetauscher, und der erhöhte Fluss
kann auch Anlass zu einem Verteilungsgeräusch geben.
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Diese
Situation kann, zum Beispiel, zu Zeitpunkten im Jahr entstehen,
wenn der Einfall von Sonnenlicht einen Wärmeaustausch unnötig macht.
Falls dabei auch ein Fenster in diesem Raum geöffnet wird, in dem das offene
Thermostatventil montiert ist, wird der zugeordnete Wärmetauscher
einen wesentlich größeren Fluss
aufnehmen, als dies ansonsten der Fall sein würde.
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Es
ist auch schwierig, eine gegenseitige Balance zwischen den einzelnen
Rohrleitungen in dem Gebäude
zu erreichen, wobei der Grund dafür derjenige ist, dass sich
der Fluss in Abhängigkeit
von dem differenziellen Druck ändern
wird. Heutzutage wird dieser Nachteil dadurch beseitigt, dass jede
Länge einer
Rohrleitung mit einem zusätzlichen Ventil
versehen wird, das sorgfältig
so eingestellt ist, um die Balance zwischen den einzelnen Rohrleitungen
sicherzustellen.
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Ein
Thermostatventil, das weiterhin mit einer einstellbaren Voreinstellung
versehen ist, ist in der DE-A-2,615,895 beschrieben. Allerdings
werden, wenn dieses Ventil in einer Anlage, wie sie vorstehend beschrieben
ist, verwendet wird, die verschiedene Wärmetauscher aufweist, wobei
jeder mit einem Thermostatventil dieser Art versehen ist, die vorstehenden
Nachteile entstehen, da der differenzielle Druck, und mit diesem
der Fluss in jedem dieser Thermostatventile, von den anderen abhängen wird.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Ventil der
Art, die beschrieben ist, so zu verbessern, dass die vorstehend
angegebenen Nachteile einer Heizanlage vermieden werden können.
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Die
Aufgabe wird mittels einer Ventilanordnung der vorstehend angegebenen
Art gelöst,
wobei die Ventilanordnung gemäß der Erfindung
dadurch gekennzeichnet ist, dass die Ventilanordnung weiterhin mit
einer Membran versehen ist, die durch einen differenziellen Druck
für die
Regulierung des differenziellen Drucks des die Wärme führenden Mediums über die
einstellbare Voreinstellung geregelt wird, und dass das Thermostatventil
aus dem Sitz und der Dichtung zwischen dem Einlass und der Membran besteht,
und dass das Thermostatventil so angeordnet ist, um den Fluss zwischen
dem Einlass und dem Auslass unabhängig von der einstellbaren
Voreinstellung zu unterbrechen.
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Die
Membran in der Ventilanordnung gemäß der Erfindung hält so einen
konstanten, differenziellen Druck über die einstellbare Voreinstellung
und über
den Sitz und die Dichtung, zusammen, bei.
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Es
wird dadurch erreicht, dass die Ventilanordnung gemäß der Erfindung
so eingestellt werden kann, um nur zuzulassen, dass ein vorbestimmter, maximaler
Betrag des die Wärme
führenden
Mediums durch das Ventil unabhängig
der verbleibenden Wärmetauscher
und der Druckzustände
in dem System fließt.
Falls der differenzielle Druck erhöht wird, zum Beispiel aufgrund
davon, dass eines oder mehrere der verbleibenden Ventile in einer
Länge der Rohrleitung
geschlossen sind, wird dies nicht zu einer Erhöhung in dem Fluss durch den
einzelnen Wärmetauscher
führen.
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Weiterhin
kann in bestimmten Fällen
eine Verringerung des Geräuschs
erreicht werden, dadurch, dass der Druck/der Fluss in diesen drei
Stufen verringert wird, wogegen in den gewöhnlichen Thermostatventilen
dies in einem oder in mehreren Stufen bzw. Schritten bewirkt wird.
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Weiterhin
wird es nicht notwendig sein, ein zusätzliches Ventil zu montieren,
um gegenseitig die einzelnen Rohrleitungslängen auszubalancieren.
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Die
abhängigen
Ansprüche
offenbaren nützliche
Anordnungen der Ventilanordnung gemäß der Erfindung.
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Nachfolgend
wird die Ventilanordnung gemäß der Erfindung
in weiterem Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben,
wobei
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1 schematisch
eine herkömmlich
bekannte Doppelrohr-Heizanlage darstellt, und
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2 einen
Schnitt durch eine Ausführungsform
der Ventilanordnung gemäß der Erfindung
darstellt.
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In 1 ist
eine Doppelrohr-Heizanlage dargestellt, wobei eine Rohrleitung davon
die Hauptrohrleitung 1 ist, die das Wärme führende Medium, wie beispielsweise
Wasser, von einer Wärmequelle
aus, die nicht dargestellt ist, in der Heizanlage, aus führt, und
die zweite Rohrleitung ist eine Rückführleitung 2, die das
Medium zurück
zu dem Boiler führt.
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Von
einem Verzweigungspunkt 3 aus erstreckt sich eine erste
Nebenrohrleitung 4, die das Medium weiter zu einer Anzahl
von Wärmetauschern führt, wobei
jeder davon mit der ersten Nebenrohrleitung 4 an Verbindungspunkten 6 und
mit der zweiten Nebenleitung 7 verbunden ist, die das Medium
zurück
zu der Rückführleitung 2 führt.
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Jeder
Wärmetauscher 5 ist
mit einem Ventil 8 gemäß der Erfindung
versehen, das so angeordnet ist, um den Fluss des die Wärme führenden
Mediums durch die jeweiligen Wärmetauscher 5 zu
führen.
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Eine
Ausführungsform
eines Ventils 8 gemäß der Erfindung
ist in 2 dargestellt und besteht aus einem Gehäuse 9,
das eine Kombination eines Differenzialdruckventils 10,
einer einstellbaren Voreinstellung 11 und eines Thermostatventils 12 enthält, wobei
alle drei Teile 10, 11 und 12 selbst
von einem bekannten Aufbau sind.
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Das
Gehäuse 9 besitzt
eine Längsbohrung 13 mit
einer Innenwand 14 und quer dazu einen Einlass 15 und
einen Auslass 16 für
das Medium.
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Das
Differenzialdruckventil 10 weist einen Membranmechanismus
mit einer Membran 17 oder Bälgen aus flexiblem Material
auf, der in einer ersten Buchse 18 angeordnet ist, die
in der Bohrung 13 angeordnet ist, die koaxial in der Achse 19 des
Gehäuse 9 liegt.
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Die
Membran 17 kann so beschrieben werden, dass sie ein kurzes
Rohr ist, wobei ein Ende davon unter einem radialen Abstand zurück über dem anderen
Ende geführt
ist, wonach der radiale äußere Teil
fest an eine Innenwand 20 einer ersten Buchse 18 befestigt
ist. Der radial innerste Teil der Membran 17 ist an einer
Platte oder einer Kappe 21 befestigt. Durch Verschieben
der Kappe nach vorne und nach hinten in der Richtung der Achse 19 des
Gehäuses 9 wird
sich die Membran mehr oder weniger in sich selbst zusammenfalten,
wodurch der radiale, äußere Teil
länger
oder kürzer
sein kann, und sich dadurch über
eine Anzahl von Schlitzen 22 rollen kann, die sich axial
erstrecken und entlang des Umfangs der ersten Buchse 18 verteilt
sind.
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Die
erste Buchse 18 besitzt eine ringförmige Vertiefung 23 gegenüberliegend
der Schlitze 23. Zwischen einer ersten Querwand 24 und
der Kappe 21 ist eine Schraubenfeder 25 eingesetzt.
Ein erster Kanal 26 führt
von dem Einlass 15 zu einer Kammer 27 unter der
Membran 17.
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Anhand
von 2 wird deutlich, dass ein Medium, das über den
Einlass 15 eingeführt
wird, durch den ersten Kanal 26 fließen wird und eine Kraft gegen
die obere Seite der Membran 17 in der Kammer 27 so
ausüben
wird, dass die Kappe 21 die Feder 25 zusammendrückt.
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Von
dem Einlass 15 kann das Medium auch durch eine Öffnung 28 mit
einem Sitz 28a, der in einer zweiten Querwand 29 in
der ersten Buchse 18 aufgebaut ist, fließen, und
kann weiter durch mindestens einen zweiten Kanal 30 in
Längsrichtung,
der sich zu einer Kammer 31 hin erstreckt, in der die Schlitze 22 angeordnet
sind, fließen.
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Durch
eine geeignete Dimensionierung des Bereichs der Membran 17 in
Bezug auf den Druck der Feder 25 kann, mit einem Rollen
der Membran über
die Schlitze 22, ein erwünschter, differenzieller Druck über die
Voreinstellung 11 und ein Schließelement, das aus dem Sitz 28a und
einer damit zusammenwirkenden Dichtung 32 (siehe später) besteht, erzeugt
werden.
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Die
einstellbare Voreinstellung 11 kann für eine bestimmte Durchflussöffnung durch
Drehen um die Achse 19 eingestellt werden und kann danach fest
in ihrer Einstellung verriegelt werden. Zum Beispiel kann sie in
der folgenden Art und Weise aufgebaut sein:
In einem Ende des
Gehäuses
ist, in der Bohrung 13, eine Gewindebuchse 33 eingeschraubt,
in der ein Verriegelungselement 34 in einer im Wesentlichen nicht
verschiebbaren Art und Weise in der Richtung der Achse 19 des
Gehäuses 9 befestigt
ist, allerdings in der Lage ist, um die Achse gedreht zu werden.
Das Verriegelungselement 34 ist gegen den Druck einer Feder 35 gesichert,
die zwischen einem Flansch an dem freien Ende des Verriegelungselements 34 und einer
Oberfläche
an einem buchsenförmigen
Einstellelement 36 an dem freien Ende der Gewindebuchse 33 komprimiert
wird. In einer radialen Ebene besitzen die Gewindebuchse 33 und
das Einstellelement 36 zusammenwirkende Zähne 37,
die sich einen kurzen Weg radial erstrecken. In einer Verriegelungsposition für das Einstellelement 36,
erreicht durch die Feder 35, verhindern die Zähne 37 eine
relative Drehung der Teile 33, 36, wodurch das
Verriegelungselement 34 auch davor geschützt wird,
dass es sich dreht. Andererseits wird, in einer zweiten Position,
wo das Einstellelement 36 gegen den Druck der konischen
Feder 35 nach außen
axial in Bezug auf die Gewindebuchse 33 gezogen wird, der
Eingriff zwischen den Zähnen 37 beendet.
In einer zweiten radialen Ebene sind zusammenwirkende Zähne 38 an
dem Einstellelement 36 und dem Verriegelungselement 34 vorhanden,
wodurch das Einstellelement 36 das Verriegelungselement 34 in
dem Gehäuse 9 drehen
kann, wenn das Einstellelement 36 axial aus der Gewindebuchse 33 herausgezogen
wird, wobei die Zähne 38 eine
ausreichende axiale Erstreckung für diesen Zweck haben.
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Das
Ende des Verriegelungselements 34, das zu der Innenseite
des Gehäuses 9 hinweist,
besitzt axial vorspringende Zapfen 39, die in Bahnen 40 in
der kappenförmigen
Buchse 41 eingreifen, so dass die Buchse 41 in
der Bohrung 13 mittels des Verriegelungselements 34 dann
gedreht werden kann, wenn es mittels des Einstellelements 36 gedreht wird.
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Die
Kante an der Mundöffnung
der kappenförmigen
Buchse 31 ist, zum Beispiel, über eine Hälfte des Umfangs, in einer
solchen Art und Weise aufgeschnitten, dass sich die verbleibende
Hälfte 41a der
Kante über
den Einlass 15 in dem Gehäuse 9 hinaus erstreckt
und dieses schließt,
wenn das Verriegelungselement 34 zu einer Position gedreht
wird, in der das halbe Teil 41a an der kappenförmigen Buchse 41 gegenüberliegend
zu dem Einlass 15 liegt. Durch eine Drehung von weniger
als 180° des
Verriegelungselements 34 und der kappenförmigen Buchse 41 um
deren Längsachsen
herum, die mit der Längsachse 19 des
Gehäuses 9 übereinstimmen, kann
eine Öffnung
für einen
Teilfluss durch den Einlass 15 erfolgen, und durch eine
Drehung um 180° zu der
Position, die in 2 dargestellt ist, kann eine Öffnung bis
zu dem vollen Umfang für
den Fluss erfolgen.
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Mit
diesem Aufbau kann die Voreinstellung 11 durch zuerst Ziehen
des Einstellelements 36 axial aus der Gewindebuchse 36 heraus
und danach durch Drehen des Einstellelements 36 zu einem
erwünschten
Winkel um die Achse 19 des Gehäuses 9 eingestellt
werden, wodurch die kappenförmige Buchse 41,
auch als eine Folge des Eingriffs zwischen den Zapfen 39 und
den Spuren 40, gedreht wird, so dass der Bereich der Durchflussöffnung an dem
Einlass 15 auf die erwünschte
Größe reguliert wird.
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Das
Thermostatventil 12 ist von einem herkömmlich bekannten Aufbau. Die
kappenförmige Buchse 41 und
das Verriegelungselement 34 sind um eine Spindel 42 herum
angeordnet, die durch eine Schraubenfeder 43 umgeben ist,
die mit ihrem einen Ende gegen das Verriegelungselement 34 in
dem Gehäuse 9 und
mit dem anderen Ende gegen den Boden der kappenförmigen Buchse 41 anstößt.
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Außerhalb
des Gehäuses 9 ist
die Spindel 42 mit Thermostatbälgen (nicht in der Zeichnung
dargestellt) verbunden, die, in Abhängigkeit von der Temperatur
der Umgebungen, die Spindel 42 in deren Längsrichtung
gegen den Druck von der Feder 43 verschieben können. Innerhalb
der kappenförmigen Buchse 41 besitzt
die Spindel 42 auch die vorstehend erwähnte Dichtung 32,
die durch einen Kontakt gegen die Dichtung 28a die Öffnung 28 in
der Querwand 29 der ersten Buchse 18, ungeachtet
der Einstellung des Differenzialdruckventils 10 und der
einstellbaren Voreinstellung 11, schließen kann.