Патент на изобретение №2300689

(54) ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩАЯ НАСАДКА ДЛЯ КЛАПАНОВ ОТОПИТЕЛЬНЫХ ИЛИ ОХЛАДИТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ

(57) Реферат:

Терморегулирующая насадка предназначена для клапанов отопительных и охладительных агрегатов. Насадка содержит корпус, чувствительный элемент переменной длины, зависящей от температуры, и приводную деталь, выполненную с возможностью перемещения в направлении воздействия на клапан. Чувствительный элемент находится в приводной секции между корпусом и приводной деталью. В приводной секции установлен усилитель изменений, приводимый в действие жидкостью или газом и преобразующий изменение рабочей длины чувствительного элемента в большее изменение длины приводной секции. Изобретение обеспечивает усовершенствование конструкции и повышение чувствительности к изменению температуры. 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к терморегулирующей насадке для клапанов отопительных или охладительных агрегатов, содержащей корпус с чувствительным элементом переменной рабочей длины, зависящей от температуры, и приводную деталь, выполненную с возможностью перемещения в направлении воздействия на клапан, причем чувствительный элемент находится в приводной секции между корпусом и приводной деталью.

Такая терморегулирующая насадка известна, например, из DE 10162608 А1. При этом терморегулирующая насадка одним концом упирается во внутреннюю торцевую сторону корпуса. Чувствительный элемент имеет растягивающийся участок в виде внутреннего сильфона. Этот сильфон охватывает отверстие, в которое вставлена приводная деталь. В собранном состоянии эта приводная деталь прилегает к толкателю клапана. С ростом температуры, действующей на чувствительный элемент, приводная деталь выходит из чувствительного элемента, при этом она давит на толкатель клапана, и клапан закрывается. Со снижением температуры объем чувствительного элемента уменьшается, и толкатель клапана, приводимый в действие в направлении открытия, возвращает приводную деталь в чувствительный элемент.

В соответствии с предписаниями по экономии энергии в настоящее время большая часть радиаторов отопления оснащена клапанами с термостатическим управлением, причем для большинства этих клапанов необходима соответствующая терморегулирующая насадка. Многие из таких насадок также позволяют устанавливать заданное значение. Положение чувствительного элемента в корпусе меняют, например, с помощью вращающейся ручки.

Регулирование температуры в помещении с радиаторами, имеющими такую насадку, осуществляется вполне удовлетворительно, то есть температура, которая установлена потребителем или задана каким-либо иным способом, достигается фактически с достаточной точностью.

Однако, как показывают наблюдения, при неизменной заданной величине температура в помещении на протяжении года колеблется в пределах 1-2°С. Это колебание часто не замечают, так как во многих помещениях заданную величину на протяжении года меняют. Тем не менее, такое колебание является неблагоприятным.

Поэтому в DE 4319814 С1 был предложен термостатический клапан для радиаторов отопления, в котором возвратно-поступательное движение чувствительного элемента передается на толкатель. клапана не непосредственно, а через промежуточную деталь с двумя резьбами, направленными противоположно и имеющими разный шаг. Теоретически это позволяет достичь увеличения хода. Однако при этом возникают силы трения большой величины и связанный с ними сравнительно высокий гистерезис, поэтому регулирующие свойства не являются удовлетворительными.

В основе изобретения лежит задача создания более совершенной терморегулирующей насадки.

В случае терморегулирующей насадки вышеуказанного типа эта задача решается благодаря тому, что в приводную секцию помещают усилитель изменений, приводимый в действие посредством жидкости или газа. Этот усилитель преобразует изменение рабочей длины чувствительного элемента в большее изменение длины приводной секции.

При такой конструкции терморегулирующая насадка реагирует на изменения температуры с более крутой характеристикой. Если длина чувствительного элемента меняется на х мм/°С, то благодаря усилителю расширения приводная секция удлиняется (или укорачивается) на у мм/°С, причем у=а·х и а>l. Коэффициент усиления может лежать, например, в пределах от 2 до 3. Характеристика чувствительного элемента становится намного круче, и удлинять соответствующим образом чувствительный элемент не нужно. Если соответствующая крутая характеристика не нужна, то усилитель расширения применяют для использования чувствительного элемента меньших размеров. Благодаря применению жидкости или газа в качестве усилителя дополнительные потери, возникающие, например, из-за сил трения, остаются незначительными. При этом можно использовать как жидкость, так и газ.

Усилитель изменений предпочтительно должен иметь две соединенные между собой напорные камеры переменной длины. Камеры наполняют жидкостью, имеющей возможность перетекать из одной камеры в другую. Камеры имеют разное поперечное сечение. Эта конструкция дает наиболее эффективный вид корректора усилителя изменений. Если на усилитель изменений действует какая-либо сила, например, вследствие температурного расширения чувствительного элемента, то напорная камера с большим поперечным сечением (далее эту камеру мы будем называть большой камерой) уменьшается, и находящаяся в ней жидкость вытесняется в напорную камеру с меньшим сечением (эту камеру мы будем называть малой камерой). Это вытеснение приводит к удлинению усилителя изменений, так как благодаря различным поперечным сечениям двух напорных камер получается своего рода гидропреобразователь. Например, если соотношение поперечных сечений составляет 2,5, то вытеснение жидкости из большей напорной камеры в меньшую вызывает соответствующий коэффициент усиления 2,5. Таким образом, если сам по себе чувствительный элемент вызвал бы удлинение на 1 мм, то усилитель расширения приведет к общему удлинению приводной секции на 2,5 мм.

Предпочтительно, по крайней мере, одна напорная камера должна быть ограничена сильфоном. Сильфоны часто применяют в чувствительных элементах термостатов. Они позволяют охватить определенное пространство с помощью гибкой и, таким образом, изменяющейся по длине стенки. Сильфоны могут быть из металла, пластмассы или комбинации этих материалов. Пластмасса (резина в этом случае рассматривается как разновидность пластмассы) может, например, обеспечить эластичность, а металл – герметичность.

Предпочтительно напорные камеры должны граничить друг с другом. Это дает конструктивные преимущества. Длину терморегулирующей насадки в направлении привода можно уменьшить. Конструктивно упрощается также уплотнение перехода от одной напорной камеры к другой, так как при этом нет необходимости выводить наружу трубопроводы.

Определенные преимущества возникают также в том случае, если напорные камеры расположены одна в другой. Это уменьшает потребность в дополнительной конструктивной длине для усилителя изменений.

Предпочтительно одна из напорных камер должна быть выполнена внутри чувствительного элемента. Это в еще большей степени снижает потребность в конструктивной длине.

При этом является особенно предпочтительным, чтобы чувствительный элемент образовывал большую напорную камеру. Таким образом, имеющееся внутри чувствительного элемента пространство, которое заполняется расширяющейся при нагревании жидкостью, используется в качестве большей напорной камеры.

Чувствительный элемент предпочтительно должен иметь внутренний сильфон, в котором частично находится приводной шток. Шток упирается в корпус, причем чувствительный элемент может перемещаться в корпусе в направлении привода. Итак, чувствительный элемент развернут по сравнению с обычными терморегулирующими насадками, то есть приводной шток теперь уже не выступает в направлении клапана. Более того, теперь клапан приводится в действие посредством подвижного чувствительного элемента, причем между этим элементом и клапаном можно предусмотреть усилитель изменений или его часть.

Предпочтительно две напорные камеры должны быть соединены друг с другом с помощью капиллярной трубки. Капиллярная трубка дает большие возможности при конструировании. В этом случае не является обязательным расположение напорных камер друг возле друга, хотя это по-прежнему возможно.

Предпочтительно напорная камера с меньшим поперечным сечением должна быть ограничена непроницаемой для жидкости или газа мембраной. Так как в случае малой напорной камеры нужны не значительные изменения длины, а дополнительное расширение примерно в диапазоне от 1 до 5 мм, достаточно того отклонения, на которое способна мембрана при подаче к ней давления.

Предпочтительно, чтобы непроницаемая для жидкости или газа мембрана ограничивала с торца цилиндр, в котором находится поршень, и действовала на поршень. Это снижает нагрузку на мембрану.

Далее изобретение описывается на основе предпочтительных примеров реализации, описание сопровождается чертежами. На чертежах показано следующее:

Фиг.1 – схематичный вид первой конструктивной формы терморегулирующей насадки.

Фиг.2 – схематичное представление принципа действия усилителя изменений.

Фиг.3 – вторая конструктивная форма терморегулирующей насадки.

Фиг.4 – третья конструктивная форма терморегулирующей насадки.

Фиг.5 – четвертая конструктивная форма терморегулирующей насадки с увеличенным выносным элементом.

Фиг.6 – пятая конструктивная форма терморегулирующей насадки.

Терморегулирующая насадка 1 имеет корпус 2, в котором расположен чувствительный элемент 3. Чувствительный элемент 3 упирается в торцевую стенку 4 корпуса 2. Торцевая стенка выполнена на вставке 5, которую с помощью ручки 6 можно смещать в аксиальном направлении для задания температуры.

В чувствительном элементе 3 имеется полость 7, заполненная расширяющейся при нагревании жидкостью или газом, объем жидкости или газа изменяется вместе с температурой. С внутренней стороны полость 7 ограничена сильфоном 8. В сильфоне 8 имеется приводной шток 9, взаимодействующий с упором 10. Внутри приводного штока 9 находится пружина 11.

Рассмотренное выше устройство терморегулирующей насадки 1 соответствует устройству обычной насадки для терморегулирующего клапана. Если температура в помещении увеличивается, то ее увеличение оказывает воздействие на чувствительный элемент 3. Жидкость в полости 7 расширяется и вытесняет приводной шток 9 вниз, как показано на Фиг.1. Шток 9 посредством упора 10 действует на толкатель 13 клапана (толкатель подробно не показан), и клапан закрывается.

Благодаря этому уменьшается подвод жидкого теплоносителя. Если температура падает, то из-за этого уменьшается объем жидкости в полости 7. Приводной шток 9 может быть в большей степени введен в чувствительный элемент 3, так как толкатель 13 клапана (толкатель подробно не показан), как правило, в направлении открытия нагружен силой пружины. Подвод жидкого теплоносителя увеличивается. Этот процесс повторяется до тех пор, пока не будет достигнуто стабильное состояние. Итак, чувствительный элемент 3 производит, так сказать, пропорциональное регулирование.

В заявленном изобретении упор 10 непосредственно на толкатель клапана уже не действует. Напротив, между чувствительным элементом 3 с упором 10 и приводной деталью 12, действующей на схематично показанный толкатель 13 клапана, находится усилитель изменений 14. Усилитель изменений 14, изображенный на Фиг.1, выполнен в виде дополнительной детали, то есть им можно дооснастить существующую насадку. Конечно, вместо такой отдельной детали можно использовать жестко встроенную деталь.

Усилитель изменений 14, который можно назвать “усилитель расширения”, имеет первую напорную камеру 15, ограниченную в радиальном направлении первым сильфоном 16, и вторую напорную камеру 17, ограниченную в радиальном направлении вторым сильфоном 18. Чтобы разделить напорные камеры 15, 17, имеется показанная на чертеже перегородка 19. В перегородке 19 выполнено соединяющее отверстие 20. На самом деле можно обойтись без перегородки.

Перегородка 19 закреплена в корпусе неподвижно благодаря держателю 22 и опоре 21. На приводную деталь 12 действует толкатель с силой, вызывающей уменьшение второй напорной камеры 17.

Первая напорная камера 15 имеет большее поперечное сечение, чем вторая камера 17. Поэтому камера 15 называется большой напорной камерой, в то время как вторая камера 17 называется малой напорной камерой. Однако на самом деле объемы двух камер 15, 17 могут быть одинаковыми. Различие по поперечному сечению приводит к тому, что при перемещении жидкости из камеры 15 во вторую камеру 17, удлинение камеры 17 превышает укорочение камеры 15, возникшее вследствие перемещения жидкости. Как было упомянуто выше, две напорные камеры различаются лишь для того, чтобы лучше разъяснить функцию “гидропреобразователя”. В том случае, если обе напорные камеры 15, 17 объединяют в одну большую камеру, принцип действия не меняется.

Поясним это подробнее с помощью Фиг.2. На Фиг.2 в схематичном виде показан усилитель изменений 14 во время двух фаз управления. Одинаковые детали обозначены теми же номерами, как и на Фиг.1. Однако в отличие от Фиг.1 обе напорные камеры 15, 17 ограничены не сильфонами 16, 18, а поршнями 16а, 18а.

При этом большая камера 15 имеет поперечное сечение А, превышающее поперечное сечение В второй камеры 17, например, в 2,5 раза. На Фиг.2а показано исходное состояние. Для того чтобы сравнить это состояние с последующими, на чертеже обозначена верхняя линия 23 и нижняя линия 24. Верхняя линия 23 обозначает положение верхнего края поршня 16а, а нижняя линия 24 – положение нижнего края поршня 18а в момент, когда усилитель изменений 14 находится в исходном состоянии.

Если температура, например, повышается, то приводной шток 9 выдавливается из чувствительного элемента 3 (Фиг.1) и отжимает вниз верхний поршень 16а. Жидкость вытесняется из первой напорной камеры 15 во вторую напорную камеру 17. Соответственно перемещаются также нижний поршень 18а и толкатель 13 (Фиг.1), поэтому клапан закрывается больше. Однако вторая напорная камера 17 в направлении привода расширяется сильнее, чем уменьшается в аксиальном направлении протяженность первой камеры 15, это различие равно соотношению между поперечными сечениями камер 15, 17. Если соотношение между поперечными сечениями первой напорной камеры 15 и второй напорной камеры 17 равно 5, то верхний поршень 16а входит на расстояние а, нижний поршень 18а выходит на расстояние b=5a.

Таким образом, при повышенной температуре усилитель изменений 14 увеличивает рабочий ход чувствительного элемента. Итак, характеристика терморегулирующей насадки 1 становится круче, так что при повышающейся температуре клапан по сравнению с обычной насадкой закрывается в значительно большей степени.

Но использование изображенного на Фиг.1 и 2 усилителя изменений 14 приводит к следующему недостатку: в значительной степени увеличивается конструктивный размер терморегулирующей насадки 1.

На Фиг.3 показана измененная конструкция терморегулирующей насадки, одинаковые детали обозначены теми же номерами, как и на Фиг.1.

В отличие от Фиг.1 усилитель изменений 14 в данном случае образован двумя сильфонами, которые помещены друг в друга. Таким образом, сильфон 16 охватывает первую напорную камеру 15. В первой напорной камере 15 находится перегородка 19 с проходом 20. В этом случае перегородка 19 выполнена в виде перевернутой чаши. Под перегородкой 19 находится второй сильфон 18, причем вторая напорная камера 17 расположена между перегородкой 19 и сильфоном 18. В этом случае дно второго сильфона 18 действует на приводную деталь 12. Приводную деталь 12 можно заменить и другим элементом с аналогичным принципом действия, например, дном второго сильфона 18.

В данном случае заданное положение можно устанавливать поворотом ручки 6.

Усилитель изменений 14 позволяет сконструировать чувствительный элемент 3 меньших размеров. Следует исходить из того, что сильфон можно уменьшить наполовину.

На Фиг.4 показана несколько измененная конструктивная форма, обозначения деталей здесь такие же, как на Фиг.1 и 3. В этой конструкции первую напорную камеру 15 образует полость 7 чувствительного элемента 3. Чувствительный элемент 3 в данном случае расположен в корпусе 2 в перевернутом положении, то есть выемка, которую охватывает сильфон 8, обращена к торцевой стенке 4 корпуса 2. В сильфон 8 вставлен шток 25, упирающийся в торцевую стенку 4. В аксиальном направлении, то есть в направлении привода, чувствительный элемент фиксирован в корпусе 2 неподвижно, например, с помощью опоры 21.

С закрытой торцевой стороны чувствительного элемента 3, то есть со стороны, направленной в противоположную сильфону 8 сторону, выполнена вторая напорная камера 17, которую охватывает сильфон 18. Первая напорная камера 15 и вторая напорная камера 17 соединены друг с другом с помощью прохода 20.

Второй сильфон 18 через обойму 26 действует на приводную деталь 12.

Функции этой конструкции такие же, как и у конструкции, изображенной на Фиг.1-3. Однако в данном случае удлинение усилителя изменений 14 при повышении температуры происходит непосредственно.

С повышением температуры связано также увеличение давления в первой напорной камере 15, то есть в полости 7 чувствительного элемента 3. Это увеличение давления приводит к тому, что жидкость или газ из полости 7 через проход 20 поступает во вторую напорную камеру 17. Так как вторая напорная камера 17 имеет значительно меньшее поперечное сечение, чем первая камера 15, второй сильфон 18 удлиняется в большей степени, чем укорачивается сильфон 8 чувствительного элемента 3. Итак, в целом с повышением температуры возникает более значительное удлинение усилителя изменений 14, состоящего из чувствительного элемента 3 и сильфона 18 по сравнению с удлинением одного чувствительного элемента 3.

На Фиг.5 показано немного измененное конструктивное исполнение. Это исполнение в основном соответствует конструкции, показанной на Фиг.4. Соответственно, одни и те же детали обозначены одинаковыми номерами.

В этой конструкции напорная камера 17 ограничена не только сильфоном, но и эластичной мембраной 27, которая соединена с корпусом цилиндра 28, приваренным к корпусу чувствительного элемента 3. Сварное соединение 29 показано схематично. Корпус цилиндра 28 можно также приклеить к кожуху 30 чувствительного элемента 3. В любом случае соединение должно быть непроницаемым для жидкости, находящейся в полости 7 чувствительного элемента 3. Естественно, герметичной относительно этой жидкости должна быть и мембрана 27. Поэтому мембрана 27 обозначается так же как “непроницаемая мембрана”.

В обойме 26 имеется поршневой выступ 31, который вдается в цилиндрическую полость 32 корпуса цилиндра 28. Непроницаемая мембрана 27 действует на поршневой выступ 31. Таким образом, если давление во второй напорной камере 17 повышается, то поршневой выступ 31 выходит из корпуса цилиндра 28, и обойма 26 с приводной деталью 12 смещается вниз. В данном случае целесообразно покрыть антифрикционным слоем либо поршневой выступ 31, либо мембрану 27. Чтобы предотвратить диффузию через мембрану 27, с той стороны, которая обращена к напорной камере 17, на мембрану 27 можно также нанести металлическое покрытие.

В торце кожуха 30 имеется отверстие 33, через которое жидкость из первой напорной камеры 15 может попасть во вторую напорную камеру 17. Отверстие 33 образует проход 20. Более высокое или более низкое давление, возникающее при этом во второй напорной камере 17, приводит к тому, что поршневой выступ 31 в большей или меньшей степени выходит из корпуса цилиндра 28.

Напорные камеры 15, 17 можно отделить друг от друга посредством эластичной перегородки (на чертеже это не показано), так что их можно наполнить разными жидкостями. Такая перегородка может перекрывать в виде купола, например, отверстие 33.

На Фиг.6 показана еще одна конструктивная форма, обозначения деталей здесь такие же.

В данном случае напорные камеры 15, 17 соединены друг с другом с помощью капиллярной трубки 36.

Напорная камера 17 в свою очередь заканчивается мембраной 27, которая действует на поршневой выступ 31. В этом отношении данная конструкция соответствует той конструкции, которая изображена на Фиг.5.

Изобретение было рассмотрено на примере терморегулирующей насадки для радиатора отопления. Однако его можно использовать аналогичным образом также в низкотемпературном клапане для охлаждаемых потолков и тому подобных теплообменников. В этом случае между терморегулирующей насадкой 3 и приводной деталью 12 обычно устанавливают реверсивное устройство (здесь это не показано).

Формула изобретения

1. Терморегулирующая насадка для клапанов отопительных или охладительных агрегатов, содержащая корпус с чувствительным элементом переменной рабочей длины, зависящей от температуры, и приводную деталь, выполненную с возможностью перемещения в направлении воздействия на клапан, причем чувствительный элемент находится в приводной секции между корпусом и приводной деталью, отличающаяся тем, что в приводной секции установлен усилитель изменений (14), приводимый в действие жидкостью или газом и преобразующий изменение рабочей длины чувствительного элемента (3) в большее изменение длины приводной секции.

2. Терморегулирующая насадка по п.1, отличающаяся тем, что усилитель изменений (14) имеет две напорные камеры (15, 17) переменной длины, наполненные жидкостью или газом, которые могут перетекать из одной напорной камеры в другую, причем напорные камеры (15, 17) имеют разные поперечные сечения.

3. Терморегулирующая насадка по п.1, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, напорная камера (15) ограничена сильфоном (8, 16, 18).

4. Терморегулирующая насадка по п.1, отличающаяся тем, что две напорные камеры (15, 17) граничат друг с другом.

5. Терморегулирующая насадка по п.1, отличающаяся тем, что две напорные камеры (15, 17) расположены одна в другой.

6. Терморегулирующая насадка по п.1, отличающаяся тем, что одна из напорных камер выполнена внутри чувствительного элемента (3).

7. Терморегулирующая насадка по п.6, отличающаяся тем, что большая напорная камера (15) образована чувствительным элементом (3).

8. Терморегулирующая насадка по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что в чувствительном элементе (3) имеется внутренний сильфон (8), в котором частично находится приводной шток (25), упирающийся в корпус (2, 4), причем чувствительный элемент (3) выполнен с возможностью перемещения в корпусе (2,4) в направлении привода.

9. Терморегулирующая насадка по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что напорные камеры (15, 17) соединены друг с другом посредством капиллярной трубки (36).

10. Терморегулирующая насадка по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что напорная камера (17) с меньшей площадью поперечного сечения ограничена непроницаемой для жидкости или газа мембраной (27).

11. Терморегулирующая насадка по п.10, отличающаяся тем, что непроницаемая для жидкости или газа мембрана (27) с торца ограничивает цилиндр (32), в котором находится поршень (31), причем непроницаемая мембрана (27) действует на поршень (31).

РИСУНКИ