DE19732687A1 - Heizkörperventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Heizköperventil zur Durchflußregelung eines Heizmediums durch ein Zentralheizungssystem, das in Abhängigkeit der Umge­ bungs- bzw. Raumtemperatur aktiv regelbar ist, mit einer den Durchfluß des Heiz­ mediums durch das Heizkörperventil regelnden Stelleinrichtung, die mit elektrischer Energie betreibbar ist.

Thermostate oder Temperaturregler sind Vorrichtungen, die eine gewünschte Tem­ peratur auf konstanter Höhe halten. Sie erreichen das mit Hilfe eines sog. Tempera­ turfühlers, der die Abweichung von der gewünschten Temperatur, erfühlt" und Infor­ mationen darüber an ein Organ weitergibt, das die Schwankung ausgleicht. Als Temperaturfühler finden u. a. mit Flüssigkeit gefüllte Rohre, Bimetallstreifen oder Fe­ derbälge Verwendung.

Das einfachste Gerät ist der unmittelbar wirkende Thermostat: Er nutzt die Tatsache aus, daß sich fast alle Flüssigkeiten ausdehnen, wenn sie erwärmt werden. Ein nennenswerter Nachteil dieser Thermostate besteht darin, daß mit Hilfe sogenannter Temperaturfühler die in einem Raum vorherrschende Ist-Temperatur erfaßt und diese Information an ein Regelwerk weitergeben wird, das die Temperierung eines Heizkörpers jedoch nur zeitverzögert beeinflußt. Das Regelver­ halten derartiger Thermostatventile ist Vorlauftemperatur-abhängig und daher sehr träge. Zur hochgenauen Einzelraumtemperaturregelung sind die konventionellen Thermostatventilsteuerungen nicht geeignet.

Einen anderen Typ stellen die mittelbar wirkenden Thermostate dar, die zur Übertra­ gung des Impulses, der zur Temperaturveränderung führt, Hilfsenergie (etwa elektri­ schen Strom oder Druckluft) benötigen. Bei diesen Geräten betätigt ein Fühler z. B. einen elektrischen Kontakt, d. h., er schließt einen Stromkreis; dadurch werden die Regelorgane der Heizung betätigt. So sind elektromotorische oder thermoelektrische Stellglieder bekannt, die in Thermostaten zu einer schnellen Umsetzung von extern angelegten Regelgrößen führen. Derartige Stellglieder werden in Fällen verwendet, wenn eine direkte und schnelle Raumtemperaturregelung gewünscht ist. Insbeson­ dere kann durch eine zentrale Steueranlage das Raumklima in unterschiedlichen Räumen individuell gestalten werden, indem jedes einzelne Thermostatventil ge­ trennt voneinander angesteuert wird.

Dies setzt jedoch eine das Regelelement des jeweiligen Thermostatventils mit elek­ trischer Energie versorgende Energiequelle voraus, die entweder vor Ort oder über eine elektrische Zuleitung vorzusehen ist.

Insbesondere bei Neubauten oder bei grundlegenden Altbausanierungen bieten sich derartige, leistungsgebundene Versorgungen bei Stellregelantrieben von Heizkörper­ ventilen an, da in Verbindung mit den ohnehin notwendigen Baumaßnahmen Versor­ gungsleitungen zur Energieversorgung der einzelnen Stellantriebe für jedes einzelne Heizkörperventil gelegt werden können. Besteht jedoch der Wunsch am bestehen­ den Wohnungsbestand die vorhandenen, oftmals nur manuell zu bedienenden Thermostatventile durch zentrale Steueranlagen in der Weise zu regeln, daß jedes einzelne Thermostatventil mit einem motorisch angetriebenen Regelmechanismus ausgestattet ist, so sind umfangreiche Unterputzveriegearbeiten notwendig, sofern eine Überputzanordnung von elektrischen Zuleitungen aus ästhetischen Gründen vermieden werden soll.

Verfügbare Heizkörperventilstellantriebe können nur, wie vorstehend beschrieben über elektrische Zuleitungen oder durch den Einsatz von Batterien an jedem Heiz­ körperventil mit elektrischer Energie versorgt werden. Der erforderliche Austausch der Batterien und die damit entstehenden Entsorgungslasten sind heutzutage aus ökologischen und ökonomischen Gründen nicht sinnvoll. Ebenso stößt das nach­ trägliche Verlegen von Kabeln im genutzten Wohnungsbestand auf eine nur geringe Akzeptanz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizkörperventil der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Gattung derart weiterzubilden, daß eine dezentrale Energieversorgung der motorisch angesteuerten Heizkörperventilstellantriebe mög­ lich ist, ohne die vorstehend genannten Nachteile in Kauf zu nehmen. Insbesondere soll das Ausstatten bestehender Heizungssysteme mit elektromotorisch angetriebe­ nen Heizkörperventilen schnell und ohne großen Aufwand und insbesondere unter Vermeidung von mit Schmutz verbundenen Maurerarbeiten möglich sein.

Die Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft ausbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist ein Heizkörperventil zur Durchflußregelung eines Heizmediums durch ein Zentralheizungssystem, das in Abhängigkeit der Umgebungs- bzw. Raumtemperatur aktiv regelbar ist, mit einer den Durchfluß des Heizmediums durch das Heizkörperventil regelnden Stelleinrichtung, die mit elektrischer Energie betreib­ bar ist, derart ausgebildet, daß ein im Volumenstrom des Heizmediums einge­ brachtes, schaufelradartiges Element vorgesehen ist, das durch den hydrodynami­ schen Fluß des Heizmediums in Rotation versetzbar ist. Ebenso ist erfindungsgemäß eine Generatoreinheit vorgesehen, die kinematisch mit dem schaufelradartigen Ele­ ment verbunden ist und elektrische Energie erzeugt, mit der die Stelleinrichtung des Heizkörperventils mit Energie versorgbar ist.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, den vor Ort bei einem Heizkörperventil vor­ herrschende Volumenstrom des Heizmediums zur Energiegewinnung auszunutzen, diese Energie in eine elektrisch betreibbare Regeleinrichtung zu investieren, die die Durchflußmenge des Heizmediums durch das Heizkörperventil selbst steuert.

Das schaufelradartige Element ist als bremsbare Turbine ausgebildet, die ein Turbi­ nenrad vorsieht, das im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung innerhalb des Heizkörperventils angeordnet ist und deren Turbinenwelle ein Miniaturschwach­ stromgenerator antreibt, der vorzugsweise mit einer Pufferbatterie verbunden ist und diese lädt. Grundsätzlich stellt die erfindungsgemäße Anordnung eine dezentrale elektrische Energiequelle dar, deren zur Verfügung stehende Energie in beliebiger Weise verwendet werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Energie für eine Stelleinrichtung verwendet, die über eine Steuer- und Verarbeitungselektronik die Durchflußmenge des Heizmediums durch das Heizkörperventil regelt.

Es ist dafür zu sorgen, daß das schaufelradartige Element innerhalb des Heizkörper­ ventils derart integriert ist, daß bei Stillstand des schaufelradartigen Elementes in Form eines Turbinenrades ein Mindestdurchfluß des Heizmediums durch das Heiz­ körperventil gewährleistet ist. Dieser Mindestdurchfluß garantiert insbesondere bei feststehendem Schaufelrad einen Schutz vor Gefrieren, insbesondere in kalten Jah­ reszeiten.

In vorteilhafter Weise ist die Steuer- und Verarbeitungselektronik, die die Stellein­ richtung des Heizkörperventils regelt über eine Infrarot- oder Funkstrecke mit einer beispielsweise im Raum vorhandenen zentralen Leitstelle verbunden. Über eine zentrale Leitstelle können drahtlos die beispielsweise in einer Wohnung vorhandenen Heizkörperventilsteuerungen angesprochen werden, so daß in unterschiedlichen Räumen unterschiedliche Temperaturniveaus eingestellt werden können.

Diese drahtlose Kommunikation und das Verstellen der erfindungsgemäß ausge­ statteten Heizkörperventile mit Hilfe dezentral vorhandener elektrischer Energie, die auf dem hydrodynamischen Fluß des wärmetragenden Mediums gewonnen wird, erlaubt das Nachrüsten von Einzelraumregelungen in genutzten Wohnungen, ohne in bestehende Wände Schlitze für Kabel zu schlagen oder ökonomisch und ökologisch nicht sinnvolle Batterieversorgungen einzusetzen.

Das schaufelradartige Element kann innerhalb des Volumenstroms des Heizmedi­ ums grundsätzlich in zwei Anwendungsfällen eingesetzt werden:

Zum einen dient das schaufelradartige Element ausschließlich der Energiegewin­ nung, so daß beispielsweise die gewonnene Energie direkt in eine Batterie einge­ speist werden kann. Neben dem schaufelradartigen Element ist eine beliebig auszu­ stattende Stelleinrichtung innerhalb des Heizkörperventils vorzusehen, die mit der dem schaufelradartigen Element in Verbindung mit der Generatoreinheit gewon­ nenen Energie versorgbar ist.

Alternativ zu der vorstehenden Variante kann jedoch das schaufelradartige Element zugleich als Stelleinrichtung dienen, indem die Drehzahl des Schaufelrades extern steuerbar ist. So steuert ein drehzahlgesteuertes Schaufelrad den Durchfluß des Heizmediums durch das Heizkörperventil und gleichzeitig trägt die Drehbewegung des Schaufelrades zur Erzeugung von elektrischer Energie bei, die zur Versorgung einer Steuerelektronik am Heizkörperventil verwendet werden kann.

Die auf diese Weise gewonnene, elektrische Energie kann beispielsweise einer am Heizkörperventil angebrachten Sende- und Empfangsanlage zugeführt werden, die drahtlos mit einer zentralen Leitstelle kommuniziert, so daß Informationen zur Rege­ lung des Heizkörperventils austauschbar sind und auf diese Weise eine individuelle Temperierung einzelner Räume möglich ist.

In der einzigen Figur ist ein Querschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgestattetes Heizkörperventil V dargestellt, das über einen Zufluß Z und über einen Ablauf A ver­ fügt. Die Innenkontur des Heizkörperventils V ist derart ausgebildet, daß an der eng­ sten Stelle S ein Turbinen-Schaufelrad T einbringbar ist, so daß das Turbinen-Schaufel­ rad T im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung des Heizmediums durch das Heizkörperventil gerichtet ist. Das Turbinen-Schaufelrad T ist drehbar an einer Welle W angeordnet, die ein Standardaufbau eines Ventilkörpers VK durchragt. Der Ventilkörper VK ist mit einem Gewinde G versehen, über das der Ventilkörper VK in ein entsprechendem Gegengewinde im Heizkörperventils V fluiddicht ein­ schraubbar ist. Unmittelbar dem Turbinen-Schaufelrad T gegenüberliegend ist eine Dichtung D am Ventilkörper VK angebracht und sorgt dafür, daß das Heizmedium nicht entlang der Welle W durch den Ventilkörper VK entweichen kann.

Das in der dargestellten Weise angeordnete Turbinen-Schaufelrad T im einge­ schraubten Zustand aufgrund der Strömungsrichtung in Rotation versetzt, wodurch ein kleiner, mit der Welle W verbundener Generator GE antreibbar ist. Vorzugsweise speist der Generator GE eine Pufferbatterie PB speisen, die mit einer Steuerelektronik SE verbunden ist.

Eine Regelung des Durchflusses des Heizmediums durch das in der Figur darge­ stellte Heizkörperventil V erfolgt derart, daß die Drehzahl des Turbinen-Schaufel­ rades T steuerbar ist. Bei geringeren Drehzahlen des Turbinen-Schaufel­ rades T wird dem das Heizkörperventil durchströmenden Heizmedium ein größerer hydrodynamischer Widerstand entgegengesetzt, so daß der Durchfluß des Heizmediums durch das Ventil V herabgesetzt wird. Damit verbunden ist auch eine geminderte Heizleistung des gesamten Heizkörpers. Das Turbinen-Schaufelrad T ist zusammen mit dem Ventilgehäuse derart ausgebildet, daß bei festgehaltenem Turbi­ nen-Schaufelrad T nur ein, dem Frostschutz dienender Minimalstrom an Heizmedium passieren kann.

Mit der mittels eines angetriebenen Generators erzeugten elektrischen Energie kann die am Ventil angebrachte Elektronik, die zur Kommunikation mit einer Leitstelle, z. B. über Funk, dient, versorgt werden. Aus Gründen einfacher Darstellung ist diese Elektronik mit in der Steuereinrichtung St integriert.

Alternativ zu der vorstehenden Ausführungsform ist das Schaufelrad auch in unge­ bremster Weise im Volumenstrom des Heizmediums zu plazieren, so daß es unge­ bremst vom hydrodynamischen Fluß des Heizmediums angetrieben wird und über eine entsprechende Welle mit einem Generator verbunden ist. Im Generator gewon­ nene Energie kann einem extra vorgesehenen Stellglied SG zugeführt werden, das in Art einer, den Strömungsquerschnitt verkleinernden Einrich­ tung ausgebildet ist. Diese Variante ist in der Figur mit strichlierter Linienführung an­ gedeutet. Ein Stellglied SG ist in den Volumenstrom des Heizmediums derart ein­ führbar, daß der Strömungsquerschnitt und damit verbunden die Heizleistung variiert werden kann.

Als gängige weitere Alternative zum Stellglied SG ist der Ventilkörper VK derart standardmäßig ausgeführt, daß die Dichtung D parallel zur Welle W bewegbar ist. W ist als Hohlwelle ausgeführt, auf der innen gelagert das Turbinen-Schaufelrad T frei rotierend sitzt. Außen auf der Hohlwelle W sitzt die Dichtung D und ist translatorisch verschieblich auf der Welle W gelagert, durch die der Strömungsquerschnitt durch Ventilkörper variiert werden kann.

Bezugszeichenliste

A Ablauf
Z Zulauf
S engste Stelle im Heizkörperventil
T Turbinen-Schaufelrad
V Ventil
D Dichtung
G Gewinde
VK Ventilkörper
GE Generator
PB Pufferbatterie
St Steuereinrichtung
SG Stellglied

Claims (7)

1. Heizköperventil zur Durchflußregelung eines Heizmediums durch ein Zentralhei­ zungssystem, das in Abhängigkeit der Umgebungs- bzw. Raumtemperatur aktiv re­ gelbar ist, mit einer den Durchfluß des Heizmediums durch das Heizkörperventil re­ gelnden Stelleinrichtung, die mit elektrischer Energie betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Volumenstrom des Heizmediums eingebrach­ tes, schaufelradartiges Element vorgesehen ist, das durch den hydrodynamischen Fluß des Heizmediums in Rotation versetzbar ist,
daß eine Generatoreinheit vorgesehen ist, die kinematisch mit dem schaufelradarti­ gen Element verbunden ist und elektrische Energie erzeugt, mit der die Stelleinrich­ tung mit Energie versorgbar ist.

2. Heizkörperventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das schaufelradartige Element im Heizkörperventil derart integriert ist, daß bei Stillstand des schaufelradartigen Elementes ein Mindest­ durchfluß des Heizmediums durch das Heizkörperventil gewährleistet ist.

3. Heizkörperventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das schaufelradartige Element die Stelleinrichtung ist und durch eine Regel- bzw. Einstelleinrichtung drehzahlgesteuert ist.

4. Heizkörperventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung eine den Strömungsquerschnitt durch das Heizkörperventil veränderbare Vorrichtung ist, die elektromotorisch an­ steuerbar ist.

5. Heizkörperventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Generatoreinheit mit einer Pufferbatterie verbun­ den ist.

6. Heizkörperventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Heizkörperventil eine Sende- und Empfangsanla­ ge vorgesehen ist, die drahtlos mit einer zentralen Leitstelle kommuniziert, so daß Informationen zur Regelung des Heizkörperventils austauschbar sind, zur Schaffung einer individuellen Temperierung von Räumen.

7. Heizkörperventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende- und Empfangsanlage eine Infrarot oder Funkanlage ist.