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Ventil zur Regelung der Durchflußmenge von Kalt- oder Warmwasser für
Klimatruhen od. dgl. Bei mit Klimatruhen arbeitenden Klimaanlagen wird den Klimatruhen
entweder Warm- oder Kaltwasser zur Nacherwärmung oder Nachkühlung der Primärluft
zugeführt. Dabei ergibt sich die Forderung, die zugeführte Wassermenge automatisch
in Abhängigkeit von der Raumtemperatur zu regeln. Die Erfindung bezieht sich auf
ein Ventil zur Regelung der Durchflußmenge von Kalt- oder Warmwasser durch Klimatruhen
in Abhängigkeit von der Raumtemperatur. Bei Ventilen dieser Art muß die Regelung
beim Heizen umgekehrt verlaufen wie beim Kühlen, d. h., daß der Wasserzulauf zur
Klimatruhe im Heizfall bei steigender Temperatur gedrosselt werden muß, während
er im Kühlfall bei sinkender Temperatur gedrosselt werden muß. Im Regelventil muß
sich somit bei steigender Temperatur im Heizfall das den Wasserzulauf zur Klimatruhe
regelnde Ventil schließen, während sich im Kühlfall dieses Ventil bei steigender
Temperatur öffnen muß. Bei sinkender Temperatur hingegen muß sich das den Wasserzulauf
zur Klimatruhe regelnde Ventil beim Heizen öffnen und beim Kühlen schließen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist es bekannt, einen vom Raumtemperaturfühler
gesteuerten, doppelseitig wirkenden Schließkörper mit zwei Sitzen zusammenwirken
zu lassen, wobei er in seinen zwei Endstellungen an je einem dieser beiden Sitze
anliegt, und ein im Durchströrnungsweg des Wassers angeordnetes, thermostatisches
Regelventil vorzusehen, welches bestimmt, ob das vom Raumtemperaturfühler gesteuerte
Ventil als Schließ- oder Öffnungsventil wirkt.
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Bei einem derartigen Regelventil ist es bekannt, die beiden mit dem
vom Raumtemperaturfühler gesteuerten Schließkörper zusammenwirkenden Sitze an einem
innerhalb des Gehäuses beweglich gelagerten Sitzkörper anzubringen, dessen Stellung
durch das thermostatische Regelorgan, das aus zwei Federbalgen besteht, gesteuert
wird. Das thermostatische Regelorgan wird bei diesen Ventilen in den beiden Endstellungen
des vom Raumtemperaturfühler gesteuerten Schließkörpers nicht vom Wasser umspült.
Wird in dieser Situation von Warm- auf Kaltwasser, oder umgekehrt, umgeschaltet,
dann wird das thermostatische Regelorgan von dieser Veränderung nicht beeinflußt,
so daß es seine vorgesehene Regeltätigkeit erst ausüben kann, wenn das umgebende,
stehende Wasser sich erwärmt bzw. abgekühlt hat.
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Den gleichen Nachteil weisen auch Regelventile anderer Art auf, die
ebenfalls einen zwischen zwei Sitzen beweglichen, von einem Raumtemperaturfühler
gesteuerten Schließkörper haben, sowie ein im Durchströmungsweg des Wassers angeordnetes
thermostatisches Regelorgan, wobei jedoch die Ventilsitze im Ventil fest angeordnet
sind. Bei diesen Ausführungsformen verbindet je einer der beiden Sitze den Wasserablauf
mit je einem von zwei Kanälen, in die der Durchgang des Wassers durch das Ventil
zwischen Wasserzulauf und Wasserabfluß verzweigt ist. Das thermostatische Regelorgan
steuert einen Schließkörper, der mit zwei weiteren Ventilsitzen zusammenwirkt, von
denen je einer in je einem der beiden Kanäle angeordnet ist.
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Die Erfindung bezieht sich auf Regelventile der zuletzt erwähnten
Art, und es liegt ihr die Aufgabe zugrunde, zu gewährleisten, daß das thermostatische
Regelorgan beim Umschalten von Kalt- auf Warmwasser oder umgekehrt sofort von dem
Wasser beaufschlagt wird, auf das umgeschaltet worden ist, ohne daß es zur Erreichung
dieses Zieles erforderlich wäre, die Strömungsrichtung im Rohrnetz umzukehren, wenn
von Heiz- auf Kühlbetrieb umgeschaltet wird, oder eine zusätzliche überlaufleitung
für die Beaufschlagung des Thermostaten vorzusehen.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß jeder der
beiden Kanäle zwischen den beiden in ihm vorgesehenen Ventilsitzen mit je einem
Anschlußstutzen verbunden ist, der zum Anschluß an den Wärmetauscher einer Klimatruhe
od. dgl. bestimmt ist, während zwei andere Anschlußstutzen, mit denen die beiden
Kanäle über je einen ihrer Ventilsitze verbunden sind, zum Anschluß an eine nicht
mit dem Wärmetauscher verbundene Wasserzu- und Rücklaufleitung bestimmt sind.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der vom Raumtemperaturfühler
gesteuerte Schließkörper zwischen den beiden zulaufseitigen Ventilsitzen der beiden
Kanäle angeordnet, während das thermostatische Regelorgan aus einem sich durch
eine
nicht mit dem Wärmetauscher zu verbindenen Ablaufkammer und die ablaufseitigen Ventilsitze
hindurch erstreckenden Wärmeausdehnungskörper besteht mit zwei an seinen beiden
Enden angeordneten Schließkörpern, von denen jeder mit je einem der beiden ablaufseitigen
Ventilsitze der Kanäle zusammenarbeitet.
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Der Wärmeausdehnungskörper kann von einer Hülse umgeben sein, deren
eines Ende zu einem einen ringförmigen Schließkörper tragenden Rand innerhalb des
einen Kanals abgebogen ist, während über das andere, geschlossene Ende der Hülse
innerhalb des anderen Kanals eine Kappe gezogen sein kann, die einen mit dem anderen
Ventilsitz zusammenwirkenden, ringförmigen Schließkörper trägt.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Ende des Wärmeausdehnungskörpers
durch eine Feder belastet, der eine Feder entgegenwirkt, die auf den vom anderen
Ende des Ausdehnungskörpers getragenen Schließkörper einwirkt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigt F i g. 1 eine Schnittansicht eines Regelventils für Klimatruhen in der
Stellung für Heizbetrieb, F i g. 2 eine Schnittansicht des Ventils gemäß F i g.
1 in der Stellung für Kühlbetrieb.
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Das Gehäuse des Regelventils weist vier Anschlüsse 1, 2, 3 und 4 auf,
die paarweise an einander gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses angeordnet sind.
Zwei dieser Anschlüsse, nämlich die Anschlüsse 1 und 4, verbinden die Warm- bzw.
Kaltwasserleitung mit dem Ventilgehäuse, wobei. der Anschluß 1 den Wasserzulauf
und der Anschluß 4 den Wasserablauf bildet. Die beiden Anschlüsse 2 und 3 sind an
den Wärmetauscher W angeschlossen, der schematisiert dargestellt ist.
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Bei Heizbetrieb wird dem Anschluß 1 Warmwasser zur Nacherwärmung der
Primärluft in der Klimatruhe zugeführt, während ihm bei Kühlbetrieb Kaltwasser zur
Nachkühlung der Primärluft zugeführt wird. Die Durchlaufmenge des Wassers durch
den Wärmetauscher W wird in Abhängigkeit von der Raumtemperatur vom Ventil geregelt.
Zu diesem Zweck verzweigt sich die am Anschluß 1 angrenzende Zulaufkammer 5 innerhalb
des Ventilgehäuses in zwei Kanäle 6 und 7, die zu einer vor dem Anschluß 4 liegenden
Ablaufkammer 22 führen. Der Kanal 6 ist mit der Zulaufkammer 5 über eine Öffnung
in einem ringförmigen Sitzkörper 8 verbunden, dessen die öffnung umgebender Sitz
9 mit der Dichtfläche 10 a eines in der Kammer 5 angeordneten, doppelseitig wirkenden
Schließkörpers 10 zusammenarbeitet, dessen andere Dichtfläche 10 b mit einem Sitz
11 zusammenwirkt, der sich an einer Gehäusewand 12 befindet, die die Zulaufkammer
5 vom Kanal 7 trennt.
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Der Schließkörper 10 ist an einer Stange 13 befestigt, die in einer
Aussparung eines Verschlußstükkes 14 des Ventilgehäuses in Längsrichtung verschiebbar
gelagert und von einer Feder 15 belastet ist. Die Feder 15 stützt sich einerseits
gegen einen Anschlag an der Stange 13 und andererseits gegen die untere Bodenfläche
der Aussparung im Verschlußstück 14 ab. Auf das obere Ende der Stange 13 wirkt eine
Schubstange 16 ein, die von der Druckplatte 17 eines Federbalges 18 beaufschlagt
wird. Der Federbalg 18 ist in einer Kappe 19 gelagert, die mit einer überwurfmutter
auf das Verschlußstück 14 aufgeschraubt ist. Der Arbeitsraum 20 des Federbalges
18 ist mit einer Wärmeausdehnungsflüssigkeit gefüllt und ist über eine Leitung 21
mit einem Raumtemperaturfühler verbunden.
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Wenn die Temperatur in dem zu klimatisierenden Raum einen oberen Grenzwert
überschreitet, schließt sich die vom Ventilsitz 11 umgebene Öffnung infolge der
Ausdehnung der Flüssigkeit im Raumtemperaturfühler, die eine Zusammendrückung des
Federbalges 18 und damit ein Verschieben der Stangen 16 und 13 zum Sitz 11 hin zur
Folge hat. Unterschreitet die Temperatur im Raum hingegen einen Mindestwert, dann
schließt sich die vom Sitz 9 umgebene Öffnung infolge der Volumenverminderung der
Flüssigkeit im Fühler und der dadurch hervorgerufenen Längenzunahme des Federbalges
18, die eine Hubbewegung der Stangen 16 und 13 bewirkt. Bei der in den F i g. 1
und 2 gezeigten Stellung des Schließkörpers 10 liegt die Temperatur im zu klimatisierenden
Raum innerhalb des eingestellten Sollwertbereiches.
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Weiterhin ist im Regelventil ein thermostatisches Regelorgan eingebaut,
dessen Wärmeausdehnungskörper 30 sich durch die Wasserablaufkammer 22 hindurch erstreckt.
Mit einem Ende ragt dieser Ausdehnungskörper 30 durch eine Öffnung 23 in der Gehäusewand
24 zwischen der Kammer 22 und dem Kanal 6 hindurch, während das andere
Ende durch eine Öffnung 25 in der Gehäusewand 26 zwischen der Kammer 22 und dem
Kanal 7 hindurchgeführt ist. Die Öffnung 23 ist an der zum Kanal 6 hin gelegenen
Seite von einem Ventilsitz 27 umgeben, der mit einem vom Ausdehnungskörper 30 getragenen
Schließkörper 28 zusammenarbeitet, während ein am anderen Ende des Ausdehnungskörpers
30 befestigter Schließkörper 29 mit einem Sitz 31 zusammenwirkt, der die Öffnung
25 auf der Seite des Kanals 7 umgibt.
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Der Schließkörper 28 ist durch eine Druckfeder 32 belastet, die sich
gegen die Bodenfläche 33 einer Aussparung in einem Verschlußteil 34 des Gehäuses
abstützt. Die Feder 32 ist bestrebt, den Schließkörper 28 gegen den Sitz 27 zu drücken.
Ihr wirkt eine Druckfeder 35 entgegen, die den Ausdehnungskörper 30 belastet und
die sich gegen den Boden 36 einer die Feder 35 umgebenden, in das Ventilgehäuse
eingeschraubten Hülse 37 abstützt. An ihrer inneren Stirnfläche trägt die Hülse
37 einen Dichtring 38, der mit dem Schließkörper 29 zusammenwirkt und einen Endanschlag
für diesen bildet. Die Feder 35 drückt von unten gegen einen am Ausdehnungskörper
30 mittels einer Schraube 39 befestigten Anschlag 40, dessen seitlich vorstehender
Rand gegen einen radial nach innen vorspringenden Bund der Hülse 37 anliegt. Die
Kraft der Feder 35 wirkt sich erst dann auf den Ausdehnungskörper 30 aus, wenn das
Ventil 29, 31 bzw. die Öffnung 25 geschlossen ist und der Thermostat weiter erwärmt
wird. Die Feder 35 dient also als übertemperatursicherung.
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Der Schließkörper 29 wird von einer den Wärmeausdehnungskörper 30
aufnehmenden Hülse 41 getragen, deren Rand unterhalb des Sitzes 31 und im Kanal
7 nach außen abgebogen ist, so daß eine ringförmige Aufnahmerinne für den ringförmigen
Schließkörper 29 gebildet ist.
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Auf das obere, geschlossene Ende der Hülse 41 ist eine Kappe 42 aufgesetzt,
die sich mit einer Schulter 43 auf der Hülse 41 abstützt und eine Kammer zur Aufnahme
einer Feder 45 bildet, die sich gegen die Kappe 42 und die Hülse 41 abstützt. über
die Kappe 42 ist eine weitere Kappe 44 angeordnet, deren
unterer
Rand so nach außen abgebogen ist, daß eine Aufnahmerinne für den ringförmigen Schließkörper
28 geschaffen ist. Die Kappe 44 ist in einem Hohlzylinder des Verschlußteiles 34
geführt.
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Wenn der Ausdehnungskörper 30 von warmem Wasser umspült wird, dehnt
er sich aus, so daß seine Länge zunimmt. Demzufolge hebt das obere Ende des Ausdehnungskörpers
30 die Hülse 41 an, so daß der Schließkörper 29 am Sitz 31 zur Anlage kommt. Gleichzeitig
werden die Kappen 42 und 44 angehoben, wodurch der Schließkörper 28 vom Sitz 27
abgehoben wird und die öffnung 23 freigegeben wird.
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Wird hingegen der Ausdehnungskörper 30 von kaltem Wasser umspült,
so zieht er sich zusammen, und sein oberes Ende senkt sich. Die Kappe 44 wird dabei
unter der Wirkung der Feder 32 ebenfalls nach unten abgesenkt, und der von der Kappe
44 getragene Schließkörper 28 legt sich gegen den Sitz 27 und schließt die öffnung
23. Das Verschieben der Hülse 41 nach unten hat weiter zur Folge, daß sich der Schließkörper
29 vom Sitz 31 abhebt und die Öffnung 25 freigibt.
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Das Regelventil arbeitet wie folgt: Solange bei Heizbetrieb der Klimatruhe
die Temperatur in dem zu klimatisierenden Raum noch unterhalb des eingestellten
unteren Grenzwertes liegt, hält der Schließkörper 10 den Kanal 6 geschlossen, so
daß dem in die Zulaufkammer 5 einströmenden Warmwasser nur der Kanal 7 über den
geöffneten Ventilsitz 11 offensteht. Durch diesen Kanal 7 gelangt das Warmwasser
über den Anschluß 2 in den Wärmetauscher W. Von dort fließt das Warmwasser über
den Anschluß 3 in den Kanal 6 und aus diesem durch die Öffnung 23 in die Ablaufkammer
22. Dabei umspült es den Ausdehnungskörper 30 und fließt über den Anschluß 4 ab.
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Sobald sich infolge der Nacherwärmung der Primärluft die Luft im zu
klimatisierenden Raum so weit erwärmt hat, daß der untere Temperaturgrenzwert überschritten
wird, gibt der Schließkörper 10 den Sitz 9 frei. Solange noch nicht ein oberer Temperaturwert
überschritten ist, schließt jedoch die Dichtfläche 10 b noch nicht den Sitz 11.
Bei dieser in F i g. 1 gezeigten Stellung des Schließkörpers 10 fließt nicht nur
Warmwasser durch den Sitz 11 in den Wärmetauscher W und aus diesem über das Regelventil
zurück in die Leitung, sondern auch noch Warmwasser durch den nunmehr geöffneten
Sitz 9 in den Kanal 6 und aus diesem durch die Öffnung 23 in die Ablaufkammer 22,
aus der es über den Anschluß 4 abströmt. Ein Teil des Warmwassers strömt somit bei
dieser Stellung nicht durch den Wärmetauscher W, sondern auf einem im Ventil vorgesehenen
Umgehungsweg unmittelbar in die Leitung zurück.
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Wenn die Temperatur in dem zu klimatisierenden Raum bei Heizbetrieb
einen oberen Grenzwert überschritten hat, wird der Schließkörper 10 auf den Ventilsitz
11 gedrückt, so daß kein Warmwasser mehr in den Wärmetauscher W gelangt. Alles Warmwasser
fließt nun durch den Kanal 6 und den Anschluß 4 in die Leitung zurück.
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Solange bei Kühlbetrieb die Temperatur im zu klimatisierenden Raum
oberhalb eines oberen Grenzwertes liegt, so ist der Sitz 11 geschlossen. Das durch
den Anschluß 1 einströmende Kaltwasser kann somit nur durch den Sitz 9 in den Kanal
6 gelangen, aus dem es durch den Anschluß 3 in den Wärmetauscher W gelangt.
Aus dem Wärmetauscher W
strömt das Kaltwasser durch den Anschluß 2 in den
Kanal 7, aus dem es durch die Öffnung 25 in die Ablaufkammer 22 und über den Anschluß
4 in die Leitung gelangt. Sobald infolge der Nachkühlung der Primärluft durch das
durch den Wärmetauscher W strömende Kaltwasser die Raumtemperatur so weit abgesunken
ist, daß der eingestellte obere Grenzwert unterschritten wird, hebt sich der Schließkörper
10 vom Sitz 11 ab, so daß die Stellung gemäß F i g. 2 erreicht wird. Bei dieser
strömt das Kaltwasser sowohl über den Sitz 9, den Kanal 6 und den Anschluß 3 durch
den Wärmetauscher W, als auch über den Sitz 11, den Kanal 7, die Öffnung 25 und
über die Ablaufkammer 22 und den Anschluß 4 in die Leitung ab.
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Wenn die Temperatur im zu klimatisierenden Raum einen unteren Grenzwert
unterschreitet, legt sich die Dichtfläche 10 a gegen den Sitz 9, so daß das Kaltwasser
nicht mehr den Wärmetauscher W durchströmen kann, sondern nur über den Sitz 11,
den Kanal 7, die Öffnung 25, die Kammer 22 und den Anschluß 4 abströmen kann.
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Auf diese Weise stellt das Regelventil die durch den Wärmetauscher
strömende Wassermenge in Abhängigkeit von der Raumtemperatur ein, wobei der Thermostat
bewirkt, daß das Ventil bei steigender Raumtemperatur schließt, während es im Kühlfall
als Öffnungsventil arbeitet. Durch die Umgehungsregelung wird erreicht, daß die
strömende Wassermenge im Rohrnetz konstant bleibt, unabhängig davon, wieviel Wasser
durch den Wärmetauscher fließt. Die Rohrnetzberechnung wird dadurch vereinfacht,
und es wird eine gegenseitige Beeinflussung der Regler verhindert.
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Der Ausdehnungskörper 30 wird dauernd von Heiz- bzw. Kühlwasser umspült,
so daß er bei Heizbetrieb die in F i g. 1 und bei Kühlbetrieb die in F i g. 2 gezeigte
Stellung einnimmt. Bei Heizbetrieb ist stets die öffnung 23 geöffnet und die Öffnung
25 geschlossen, während im Kühlbetrieb die Öffnung 23 geschlossen und die Öffnung
25 geöffnet ist. Die Richtung des im Rohrnetz fließenden Wassers braucht beim Umschalten
von Heiz- auf Kühlbetrieb nicht umgekehrt zu werden. Das ermöglicht eine beträchtliche
Verringerung des technischen Aufwandes in der Zentrale.