DK9500093U3 - Varme- og strømningsregulator med integreret strømningsoptimering - Google Patents

Description

i iDK 95 00093 U3

Frembringelsen angår opvarmningsindretninger for væsker, især opvarmningsindretninger til øjeblikkelig opvarmning, nærmere betegnet en varme- og strømnings-regulator for væskevarmere med kontinuerlig strøm-5 ning.

I forbindelse med driften af varmeindretninger til væsker indrettet til øjeblikkelig opvarmning er der til stadighed problemer med kondensation og bundfældelse. I enheder, hvor der fyres med gas som brændstof, frem-10 bringes der vanddamp og kuldioxid. Når røggassen kommer i kontakt med varmeveksleren, som har en temperatur, der ligger væsentligt under dugpunktet, forekommer der kondensation hen langs varmeveksleren og fugt drypper ned på brænderne og foringen i fyrboksen, hvilket 15 forårsager alvorlige problemer. Bundfældelse inde i rørsystemet påvirkes også af væsketemperaturen og kan være meget skadelig.

Væske der strømmer ind i en varmeveksler har en forholdsvis lav indløbstemperatur. Idet den strømmer 20 gennem varmeveksleren, forøges temperaturen af væsken. Dette temperaturniveau ligger imidlertid stadig under røggassernes dugpunkt og dette resulterer i kondensation af fugt på ydersiden af varmeveksleren. Temperaturstigningen af væsken, der skal opvarmes, afhænger af 25 strømningshastigheden gennem varmevekslerrørene. En høj strømningshastighed vil resultere i en mindre temperaturstigning og en lav strømningshastighed vil resultere i en større temperaturstigning. En indstilling af væskens strømningshastighed kan derfor benyttes til at 30 modificere væsketemperaturen og som følge heraf mængden af kondensation, der danner sig på ydersiden af varmeveksleren.

Afsætningen af mineraler i en væske er også temperaturrelateret og accellerer, når væsketemperaturen 35 forøges. Dannelsen af disse afsætninger af mineraler vil 2 2DK 95 00093 U3 i høj grad reducere varmeoverførelsésevnen af varmeveksleren, da afsætningerne virke isolerende. Yderligere kan varmeveksleren inden for et forholdvis kort tidsrum blive næsten tilstoppet og derved forårsage, at hele 5 systemet svigter.

Almindelige forholdsregler til at løse de ovenfor skitserede problemer er som følger. Ved en mulighed reguleres strømningshastigheden baseret på trykfaldet over varmeveksleren under anvendelse af et stempel/f je-10 deraggregat eller af blænder med konstant åbning. En anden mulighed er, at strømningshastigheden reguleres afhængigt af et temperatursignal, men denne måde har mange begrænsninger på grund af eventuel forskydning af en føler etc.

15 Ifølge frembringelsen reduceres kondensationen og bundfældeisen væsentligt. De nye træk fører til evnen til at styre væskestrømningens hastighed med minimale restriktioner baseret på trykfald og temperatur over varmeveksleren.

20 I en udførelsesform tilvejebringes ifølge frem bringelsen et ventilaggregat til placering i en strømningspassage til styring af strømmen af væske gennem denne, omfattende et ventilsædeelement afgrænsende en første åbning 25 for strømmen af væske gennem sig, en første ventilskive dimensioneret til anlæg på ventilsædet, hvilken første ventilskive har en lukkestilling, hvor den ligger an mod ventilsædet og en åbnestilling, hvor den er forskudt i en første retning fra 30 ventilsædet, hvilken første ventilskive afgrænser en anden åbning, et første styreorgan der er indrettet til at regagere på ændringer i enten temperatur eller tryk for selektivt at bevæge den første ventilskive mod enten 35 lukkestillingen eller åbnestillingen, 3 3DK 95 00093 U3 en anden ventilskive, der er dimensioneret til at ligge an mod den første ventilskive og lukke den anden åbning, hvilken anden ventilskive har en lukkestilling, hvor den ligger an mod den første ventilskive og en 5 åbnestilling, hvor den er forskudt i den første retning fra den første ventilskive, og et andet styreorgan, der er indrettet til at reagere på enten et tryk eller en temperatur, der er forskellig for trykket eller temperaturen for det første 10 styreorgan, for selektivt at bevæge den anden ventilskive mod enten lukkestillingen eller åbnestillingen.

I en foretrukken udførelsesform omfatter det første styreorgan et kraftelement, som er indrettet til at reagere på ændringer i temperatur og en fjeder placeret 15 over for kraftelementet.

I en anden udførelsesform omfatter det andet styreorgan et stempel, som er fjederpåvirket til lukkestillingen, men som åbner som reaktion på væsketryk på den modsatte side af den første skive.

2 0 Det er hensigten med frembringelsen at tilvejebrin ge et forbedret ventilaggregat til styring af strømmen af væske gennem sig. En anden hensigt med frembringelsen er at tilvejebringe et ventilaggregat, som regulerer væskestrømmen i afhængighed af temperatur og/eller 25 væsketryk. Det er yderligere en hensigt med frembringelsen at tilvejebringe en varme- og strømningsregulator med en integreret strømningsoptimering.

Yderligere hensigter og fordele ved frembringelsen fremgår af nedenstående beskrivelse af en foretrukken 30 udførelsesform og af tegningen, på hvilken fig. 1 er et sidebillede af et ventilaggregat ifølge frembringelsen, fig. 2 et sidebillede, delvis i tværsnit, der viser installationen af ventilaggregatet i fig. 1 i for-35 bindelse med en fordelingskasse i en varmeveksler, 4 4DK 95 00093 U3 fig. 3 er et endebillede visende særlige tra;k med ventilkomponenterne ifølge frembringelsen, og fig. 4 et eksplosionsbillede, der viser de forskellige komponenter i en foretrukken udførelsesform af 5 et ventilaggregat ifølge frembringelsen.

Frembringelsen tilvejebringer en varme- og strømningsregulator med integreret strømningsoptimering, især en regulator indrettet til brug med opvarmningsindretninger for væske med kontinuerlig strømning. Ifølge 10 frembringelsen tilvejebringer de nye træk evnen til at regulere væskens strømningshastighed baseret på trykfald og/eller temperatur. Desuden tilvejébringer frembringelsen minimale strømningsrestriktioner, er let at fremstille og er særdeles pålideligt i brug.

15 Tegningen viser et ventilaggregat 10 konstrueret i overensstemmelse med frembringelsen. Ventilaggregatet er generelt cylindrisk og symmetrisk og har en længdeakse 11.

Ventilaggregatet 10 er bestemt til indsættelse i 20 en strømningspassage og er anvendeligt til styring af væskestrømmen gennem denne. Som vist i fig. 2, kan ventilaggregatet fx monteres inde i en fordelingskasse 12 for at styre by-pass af væske. Fordelingskassen 12 omfatter et indløb 13 og en passage 14, som fx leder til 25 ikke-viste varmevekslerelementer.

En primær væskestrøm, løber iiid gennem indløbet 13 og strømmer gennem passagen 14 til varmeveksleren. Væsken returnerer fra varmeveksleren gennem en returpassage 15 og strømmer ud af fordelingskassen gennem et 30 udløb 16. Fordelingskassen har også en passage 17, der tillader en by-pass strøm af væske direkte fra indløbet 13 til udløbet 16. Som vist i fig. 2 afgrænser fordelingskassen et cirkulært ventilsæde 18, der afgrænser by-pass passagen 17, der kan lukkes af ventilaggregatet 35 ifølge frembringelsen.

5 5DK 95 00093 U3 I den på tegningen viste foretrukne udførelsesform omfatter ventilaggregatet 10 et dæksel 19, der er fastgjort til fordelingskassen 12 ved hjælp af bolte. En pakning 20 er indsat for at tilvejebringe en væsketæt 5 lukning mellem dækslet og fordelingskassen. To bærestænger 21 er fastgjort ved den ene ende til dækslet 19. En sådan fastgørelse opnås fortrinsvis ved at forsyne stængerne 21 med gevind i den ene ende, hvilke gevind er indskruet i tilsvarende gevindskårne huller i 10 dækslet. Over stængerne 21 er anbragt første afstandsstykker 22, og en fjederholder 23 ligger an mod afstandsstykkerne. Som vist i fig. 2 kan der, når dette tillades af ventilaggregatet, ske en by-pass strøm af væske omkring ydersiden af fjederholderen 23. I tillæg 15 hertil omfatter fjederholderen en central åbning som tillader, at der strømmer væske gennem denne, når den er åben.

En trykfjeder 24 ligger an mod fjederholderen 23 og en vent il skive 25 ligger an mod den anden ende af 20 fjederen. Både fjederholderen 23 og ventilskiven 25 omfatter to åbninger nær ved deres omkredse (fig. 3) anbragt således, at stængerne 21 går derigennem. Herudover omfatter både fjederholderen og ventilskiven hævede, centrale partier 26, om hvilke den cylindriske 25 fjeder ligger an.

Et andet par af afstandsstykker 27 ligger omkring stængerne 21 og ligger an mod ventilskiven 25. En anden fjederholder 28 omfatter to åbninger gennem hvilke stængerne 21 strækker sig. Den anden ende af stængerne 30 21 er gevindskårne og er påskruet møtrikker 29, der danner endestop for den anden fjederholder 28. Ventilskiven 25, afstandsstykkerne 27 og fjederholderen 28 er alle anbragt på stængerne 21 så de kan glide. Fjederen 24 påvirker ventilskiven 25 og derfor afstandsstykkerne 6 6DK 95 00093 U3 27 og fjederholderen 28 i retning bort fra dækslet 19 og mod møtrikkerne 29, set på tegningen mod højre.

Ventilskiven 25 afgrænser en central åbning 30. Et andet skiveformet element 31 er dimensioneret til at 5 ligge an mod ventilskiven 25 så den lukker den centrale åbning 30. En trykfjeder 32 er placeret mellem skiveelementet 31 og den anden fjederholder 28 for at påvirke skiveelementet 31 mod ventilskiven 25 eller mod venstre i tegningen. En fjederstang 33 strækker sig gennem en 10 åbning 34 i det hævede parti 35 af den anden fjederholder 28. Fjederstangen 33 omfatter et forstørret hoved 36, som ligger an mod fjederholderen 28 for at holde fjederstangen i stilling. Fjederstangen 33's cylindriske krop 37 strækker sig gennem spiralfjederen 32 og er 15 optaget glidbart i en central åbning 38 i skiveelementet 31. Skiveelementet 31 kan også glidje på afstandsstykkerne 22 og omfatter to modsatståénde spor, i hvilke afstandsstykkerne optages. Fjederstangen 33, fjederen 32 og skiveelementet 31 samvirker dermed så de til-20 vejebringer lukning af den centrale åbning 30 i ventilskiven 25 som følge af trykket fra fjederen 32, medens der tillades glidende forskydning af skiveelementet 31 mod kraften fra fjederen 32.

En holder 39 omfatter to åbninger, i hvilke 25 stængerne 21 strækker sig. På enderne af stængerne 21 er påsat møtrikker 40 med gevind så de fikserer holderen 39 i sin stilling mod møtrikkerne 29. Et kraftelement 41 er fastgjort til en central åbning 42 i holderen 39. Kraftelementet 41 omfatter fortrinsvis et udvendigt 30 gevindparti 43, der er indskruet i åbningen 42. En bevægelig styretap 44 strækker sig udad fra kraftelementet 41 og kan forlænge sig langs midteraksen 11. Denne styretap 44 ligger i det samlede ventilsystem an mod endefladen 45 af fjederstangen 33. Da fjederstangen selv 35 hviler mod fjederholderen 28, vil enhver bevægelse af 7 7DK 95 00093 U3 styretappen, der får den til at strække sig yderligere bort fra kraftelementet tvinge fjederholderen 28, afstandsstykkerne 27 og ventilskiven 25 i retning mod den modvirkende fjeder 24, dvs. mod venstre på teg-5 ningen.

Det forstås, at bevægelsen af ventilskiven 25 som reaktion på forlængelse af kraftelementet 41 ikke direkte påvirker det rumlige forhold mellem skiveelementet 31 og ventilskiven 25. Det vil sige skiveelemen-10 tet 31 er fri til at bevæge sig i forhold til ventilskiven 25 uafhængigt af en hvilken som helst bevægelse af ventilskiven 25 indenfor det samlede ventilaggregat.

Det fremgår især af fig. 2, og af den foregående beskrivelse, at ventilaggregatet ifølge frembringelsen 15 tillader styring af væskestrømmen i afhængighed af to separate parametre. Ventilskiven 25 er fri til at bevæge sig frem og tilbage inden i aggregatet, idet den påvirkes i én retning ved hjælp af fjederen 24 og i den anden retning ved hjælp af kraftelementet 41. Kraftele-2 0 mentet 41 kan indrettes så det reagerer på et antal parametre. I den foretrukne udførelsesform reagerer kraftelementet på ændringer i temperatur, især af temperaturen af væsken der passerer til udløbet 16. Efterhånden som temperaturen stiger, strækker styre-25 tappen 44 sig længere ud fra kraftelementet, hvorved den bevæger ventilskiven 25 mod fjederen 24 og mod en lukket stilling, hvor den ligger an mod ventilsædet 18. Ved lavere temperaturer strækker styretappen sig ikke så langt fra kraftelementet og fjederen 24 påvirker 30 ventilskiven 25 bort fra ventilsædet, så væskestrømmen gennem by-passpassagen 17 forøges.

Uafhængig af den foregående temperaturafhængige ventilfunktion tilvejebringer skiveelementet 31 en ventilfunktion, der er afhængig af væsketrykket. 35 Skiveelementet 31 holdes mod ventilskiven 25 af trykket 8 8DK 95 00093 U3 af trykfjederen 32. En relativ kraft mod skiven 31 gennem den centrale åbning 30 i ventilskiven 25 som i tilstrækkelig høj grad overstiger fjederkraften, vil bevæge skiveelementet bort fra ventilskiven 25 og derved 5 åbne den centrale åbning 30, så der tillades væske at strømme derigennem.

Det forstås, at denne dobbeltvirkende ventil tillader en i det væsentlige uafhængig styring af en væskestrøm som reaktion på temperatur og/eller tryk. Fx 10 vil ved tilstrækkelig høj temperatur, kraftelementet via styretappen 44 bevæge ventilskiven 25 til en helt lukket stilling, og derved maksimere væskestrømmen gennem varmeveksleren og som følge heraf reducere temperaturen af den udstrømmende væske. På samme tid vil nærværelsen 15 af et tilstrækkeligt højt væsketryk ved indløbet 13 overvinde fjederkraften fra fjederen 32 og bevæge skiveelementet 31 bort fra ventiliskiven 25 og således tillade en by-passstrøm gennem åbningen 30 i afhængighed af dette forholdsvis høje tryk. Modsat kunne ventilag-20 gregatet være i en tilstand, i hvilken ventilskiven 25 er forskudt fra ventilsædet, som følge af lav temperatur af væsken der strømmer ud gennem returpassagen 25, medens væsketrykket samtidig kunne være under det der kræves for at forskyde skiveelementet 31 fra ventilski-25 ven 25. Andre tilstande kunne selvfølgelig resultere i, at begge ventilskiver 25 og 31 var i den forholdsvis lukkede stilling (høj temperatur, lille tryk) eller åbne stilling (lav temperatur, højt tryk), såvel som forskellige mellemstillinger.

30 Frembringelsen er blevet beskrevet i en foretrukken udførelsesform til anvendelse med en varmeindretning for væsker med kontinuert gennemstrømning. Det ses, at for denne anvendelse er ventilaggregatet ifølge frembringelsen særligt egnet til at styre by-passstrømmen afhængig 35 af væsketrykket og/eller temperaturen. Det er fx en DK 95 00093 U3 9 fordel, at væskens udløbstemperatur kan opretholdes under et kritisk bundfældningspunkt, ved at styre strømmen gennem varmeveksleren. På samme måde kan overvågning af temperaturen benyttes for at undgå, at 5 man nærmer sig et potentielt kondensationspunkt for systemet.

Claims (21)

10DK 95 00093 U3 BRUGSMODELKRAV 1. Ventilaggregat til placering i en strømningspassage til styring af strømmen af væske gennem denne, omfattende 5 et ventilsædeelement afgrænsende en første åbning for strømmen af væske gennem sig, en første ventilskive dimensioneret til anlæg på ventilsædet, hvilken første ventilskive har en lukkestilling, hvor den ligger an mod ventilsædet og en åb-10 nestilling, hvor den er forskudt i en første retning fra ventilsædet, hvilken første ventilskive afgrænser en anden åbning, et første styreorgan der er indrettet til at regagere på ændringer i enten temperatur eller tryk for 15 selektivt at bevæge den første ventilskive mod enten lukkestillingen eller åbnestillingen, en anden ventilskive, der er dimensioneret til at ligge an mod den første ventilskive og lukke den anden åbning, hvilken anden ventilskive har en lukkestilling, 20 hvor den ligger an mod den førs;te ventilskive og en åbnestilling, hvor den er forskudt i den første retning fra den første ventilskive, og et andet styreorgan, der er indrettet til at reagere på enten et tryk eller en temperatur, der er 25 forskellig for trykket eller temperaturen for det første styreorgan, for selektivt at bevæge den anden ventilskive mod enten lukkestillingen eller åbnestillingen.

2. Ventilaggregat ifølge krav 1, der er nyt ved, at det første styreorgan er bestemt til at påvirke den 30 første ventilskive mod lukkestillingen ved temperaturer over en forudbestemt temperatur og til at påvirke den første ventilskive mod åbnestillingen ved temperaturer under den forudbestemte temperatur. 11DK 95 00093 U3

3. Ventilaggregat ifølge krav 2, der er nyt ved, at det første styreorgan omfatter et første kraftpåvirkende organ til påvirkning af den første ventilskive til lukkestillingen ved temperaturer over en forudbe- 5 stemt temperatur og et andet kraftpåvirkende organ til at påvirke den første ventilskive til åbnestillingen ved temperaturer under den forudbestemte temperaur.

4. Ventilaggregat ifølge krav 1, der er nyt ved, at det andet styreorgan er bestemt til at bevæge den 10 anden ventilskive mod lukkestillingen ved væsketryk under et forudbestemt tryk og til at bevæge den anden ventilskive mod åbnestillingen ved væsketryk over det forudbestemte tryk.

5. Ventilaggregat ifølge krav 4, der er nyt ved, 15 at det første styreorgan er bestemt til at påvirke den første ventilskive mod lukkestillingen ved temperaturer over en forudbestemt temperatur og til at påvirke den første ventilskive mod åbnestillingen ved temperaturer under den forudbestemte temperatur.

6. Vent il aggregat ifølge krav 4, der er nyt ved, at det andet styreorgan omfatter et første positioneringsorgan til at positionere den anden ventilskive i lukkestillingen ved væsketryk under et forudbestemt tryk og et andet positioneringsorgan til at positionere 25 den anden ventilskive i åbnestillingen ved væsketryk over det forudbestemte tryk .

7. Ventilaggregat ifølge krav 6, der er nyt ved, at det første styreorgan omfatter et første kraftpåvirkende organ til at påvirke den første ventilskive mod 30 lukkestillingen ved temperaturer over en forudbestemt temperatur, og et andet kraftpåvirkende organ til at påvirke den første ventilskive mod åbnestillingen ved temperaturer under den forudbestemte temperatur. 12DK 95 00093 U3

8. Ventilaggregat ifølge kra.v 7, der er nyt ved, at det første kraftpåvirkende orgah omfatter et temperatur-ekspansionselement .

9. Ventilaggregat ifølge krav 7, der er nyt ved, 5 at det andet kraftpåvirkende organ omfatter en fjeder.

10. Ventilaggregat ifølge krav 9, der er nyt ved, at det første kraftpåvirkende organ omfatter et temperatur-ekspansionselement .

11. Ventilaggregat ifølge krav 7, der er nyt ved, 10 at det første positioneringsorgan omfatter en fjeder.

12. Ventilaggregat ifølge krav 11, der er nyt ved, at det første kraftpåvirkende organ omfatter et temperatur-ekspansionselement .

13. Ventilaggregat ifølge krav 11, der er nyt ved, 15 at det andet kraftpåvirkende organ omfatter en fjeder.

14. Vent il aggregat ifølge krav 13, der er nyt ved, at det førtste kraftpåvirkende organ omfatter et temperatur-ekspansionselement.

15. En strømningsregulator til styring af strømmen 20 af væske gennem sig, omfattende et kammer omfattende en strømningspassage og en anden passage, hvor strømningspassagen afgrænser et ventilsæde inde i strømningspassagen, hvilket ventilsæde omfatter en første åbning for strømmen af væske gennem 25 sig, en første ventilskive dimensioneret til at ligge an på ventilsædet, hvilken første ventilskive har en lukkestilling, hvor den ligger an mod ventilsædet og en åbnestilling, hvor den er forskudt fra ventilsædet, 30 hvilken første ventilskive afgrænser en anden åbning, et første styreorgan, der er indrettet til at reagere på ændringer i enten temperaturen eller trykket for selektivt at bevæge den første ventilskive i retning mod enten lukkestillingen eller åbnestillingen, 13DK 95 00093 U3 en anden ventilskive dimensioneret til at ligge an mod den første ventilskive, så den lukker den anden åbning, hvilken anden ventilskive har en lukkestilling, hvor den ligger an mod den første ventilskive og en 5 åbnestilling, hvor den er forskudt fra den første ventilskive, og et andet styreorgan, der er indrettet til at reagere på enten et tryk eller en teperatur, der er forskellig fra trykket eller temperaturen for det første 10 kontrolorgan for selektivt at bevæge den anden ventilskive i retningen mod enten lukkestillingen eller åbnestillingen, og hvor der optræder strømning gennem strømpassagen, når enten den første ventilskive eller den anden 15 ventilskive er åbnestillingen og gennem den anden passage, når både den første ventilskive og den anden ventilskive er i deres lukkestillinger.

16. Strømningsregulator ifølge krav 15, der er ny ved, at det første styreorgan omfatter et første 20 kraftpåvirkende organ til at påvirke den første ventilskive mod lukkestillingen ved temperaturer over en forudbestemt temperatur og et andet kraftpåvirkende organ til at påvirke den første ventilskive mod åbnestillingen ved temperaturer under en første tempera-25 tur.

17. Strømningsregulator ifølge krav 15, der er ny ved, at det andet styreorgan omfatter et første positioneringsorgan til at bevæge den anden ventilskive mod lukkestillingen ved væsketryk under et forudbestemt 30 tryk og et andet positioneringsorgan til at bevæge den anden ventilskive mod åbnestillingen ved væsketryk over det forudbestemte tryk.

18. Strømningsregulator ifølge krav 17, der er ny ved, at det første styreorgan omfatter et første 35 kraftpåvirkende organ til at påvirke den første ventil- DK 95 00093 U3 skive mod lukkestillingen ved temperaturer over en forubestemt temperatur, og et andet kraftpåvirkende organ til at påvirke den første ventilskive mod åbnestillingen ved temperaturer under den forudbestemte 5 temperatur.

19. Strømningsregulator ifølge krav 18, der er ny ved, at det første kraftpåvirkende organ omfatter et temperatur-ekspansionselement koblet med nævnte kammer og et organ, der forbinder elementet med den første 10 ventilskive for at bevæge nævnte ventilskive mod lukkestillingen ved ekspansion af elementet.

20. Strømningsregulator ifølge krav 18, der er ny ved, at det andet kraftpåvirkende organ omfatter en fjeder, der er koblet med kammeret og hviler mod den 15 første ventilskive.

21. Strømningsregulator ifølge krav 18, der er ny ved, at det første positioneringsorgan omfatter en fjeder, der er koblet med kammeret og hviler mod den anden ventilskive.