ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩАЯ ГОЛОВКА КЛАПАНА Российский патент 2000 года по МПК F16K31/64 F24D19/10 

Изобретение относится к терморегулирующей головке клапана, имеющей корпус, лишенный рукояток, регулирующий узел, перемещающий при приведении в действие электропривода управляющую клапаном контактную поверхность, и устройство для ввода требуемых значений температуры, приводимое в действие посредством генератора сигналов.

Такая терморегулирующая головка известна из документа US-A 5137051. Для ввода требуемого значения температуры или программы его изменения на длительный период времени на лицевой стороне квадратного корпуса размещен пульт управления с клавиатурой и дисплеем. Электрическая цепь, имеющая микропроцессор, сравнивает введенное требуемое значение с измеренной комнатной температурой и осуществляет регулирующее воздействие на двигатель, снабженный потенциометром обратной связи. При этом происходит изменение расстояния на величину, соответствующую отклонению регулируемой температуры, причем положение контактной поверхности, обращенной к клапану, изменяется соответственно. Ввод требуемого значения температуры через пульт управления существенно менее сложен и требует меньше сил, чем установка рукоятки, как на широко известных радиаторных терморегулирующих головках, что в особенности привлекательно для пожилых пользователей. Однако из-за того, что при управляющих действиях, которые имеют место часто, каждый раз необходим пуск двигателя, расход электроэнергии является значительным, результатом чего является малый срок службы батарей, размещенных в корпусе, или необходимость подключения к внутренней электросети.

Кроме того, широко известны терморегулирующие головки с термостатом, который устанавливается в зависимости от регулируемой температуры и который сам является температурным датчиком или соединен с дистанционным датчиком через капиллярную трубку и снабжен механическим устройством для задания требуемого значения температуры, выполненным с возможностью осевого перемещения при повороте рукоятки. Такие термостатические системы предполагают наполнение жидкость-пар и содержат пружину заданной жесткости, противодействующую давлению пара. Возможно также жидкое или твердое наполнение. Такие головки работают абсолютно автономно, но каждое изменение требуемой величины требует настройки рукояткой.

Техническое решение, предоставляющее выбор между ручной установкой рукоятки терморегулирующей головки и механической, осуществляемой посредством двигателя, расположенного в этой головке, без сомнения, является известным (см. DE 4309121 Al). Однако такая конструкция не подходит для промышленного использования, так как двигатель расположен в продолжение последовательного соединения термостата и устройства для задания требуемого значения температуры, чем обусловлена чрезвычайно большая высота терморегулирующей головки.

Далее, известна из DE 3135895 Al снабженная рукояткой терморегулирующая головка, в которой между устройством для задания требуемого значения температуры и контактной поверхностью расположен расширяемый переходник, выполненный в виде произвольно нагреваемого тела, подверженного тепловому расширению, или в виде кулачкового диска, вращаемого двигателем через шестерню.

Известна из DE 3127184 C2 автономная терморегулирующая головка с вращающимся корпусом для установки требуемого значения температуры, ночной перерыв в работе которой осуществляется посредством встроенных управляющего и приводного устройств, которые требуют энергии только при регулировке. Зарядка перезаряжаемых батарей, используемых для этого, осуществляется от солнечных элементов, размещенных на головке. Конструктивное выполнение управляющего и приводного устройств не описаны.

Задачей, лежащей в основе изобретения, является создание терморегулирующей головки, имеющей низкое энергопотребление и выполняющей требования по регулированию температуры и при отключении питания (прекращение подачи питания, разрядка батарей).

В соответствии с изобретением эта задача решена тем, что в корпусе размещен термостат, устанавливающийся в зависимости от регулируемой температуры, с присоединенным к нему устройством для установки требуемого значения температуры, которое выполнено в виде регулирующего узла, устанавливаемого посредством привода во всем диапазоне требуемых значений температуры.

В этой конструкции представлены все преимущества безрукояточного ввода требуемого значения температуры, такие как удобство ввода требуемого значения температуры, возможность программирования, отсутствие затрат механической энергии. При этом привод не включают при каждом управляющем действии, а только при изменении требуемого значения температуры. Расход энергии соответственно мал, и в случае использования батарей обеспечивается высокая продолжительность их службы. Между установочными операциями термостат работает автоматически без потребления энергии. В этой связи следует особо отметить, что благодаря отказу от использования рукоятки поперечное сечение корпуса может иметь произвольную форму, отклоняющуюся от круговой, что позволяет без затруднения компактно размещать привод, передающие элементы и батареи, так как даже малая выпуклость корпуса будет достаточна для размещения этих частей. Таким образом, новая головка для термостата не обязательно должна быть существенно больше, чем головка с рукояткой.

В предпочтительном варианте термостат имеет жидкое или твердое наполнение, а регулирующий узел установлен с ним последовательно и изменяет свою длину при приведении в действие привода. Заданная величина температуры изменяется просто путем установки регулирующего узла в продольном направлении.

Более конкретно, изменение осевой длины термостата может осуществляться в зависимости от регулируемой температуры, а изменение осевой длины регулирующего узла может осуществляться при действии привода. Регулирующий узел может быть конструктивно расположен последовательно между опорной поверхностью корпуса и контактной поверхностью.

Еще в одном рекомендуемом варианте термостат имеет наполнение жидкость-пар и воздействует на пружину, а регулирующий узел присоединен к одному из контрфланцев пружины и изменяет свою длину при приведении в действие привода. Таким образом, положение контактной поверхности, с одной стороны, определяется балансом силы упругости пружины и силы давления пара, а с другой стороны, может быть изменено регулирующим узлом.

В предпочтительном варианте регулирующий узел расположен вблизи контактной поверхности. В этом случае один конец термостата и/или пружины может иметь неподвижную опору на корпусе.

В большинстве случаев работа терморегулирующей головки осуществляется так, что при понижении регулируемой температуры открытие клапана увеличивается, как в клапанах радиаторов, подогревателей полов, водонагревателей и т.п. Однако терморегулирующая головка может также быть использована в клапанах, открывающихся при повышении температуры, например, в клапане холодильника. Это не вызывает каких-либо затруднений, так как в корпусе размещено реверсивное устройство термостата, которое изменяет рабочее направление термостата по отношению к контактной поверхности на противоположное.

Целесообразно выполнение регулирующего узла в виде винтовой пары, одна часть которой установлена с возможностью вращения от привода, а другая установлена с предотвращением вращения. Превращение вращения в осевое перемещение обеспечивает подходящее передаточное число, так что может быть использован малый двигатель.

В конструктивном отношении целесообразным является расположение привода сбоку от термостата и/или регулирующего узла, причем для размещения привода корпус в поперечном сечении выполнен некруглым. Это обеспечивает компактность конструкции корпуса, так как не требуется увеличения осевого размера под двигатель.

В этой связи преимущественным является такое размещение привода, при котором его продольная ось проходит параллельно оси термостата и регулирующего узла, что обеспечивает наибольшую компактность конструкции.

В предпочтительном варианте выполнения вращающаяся часть регулирующего узла имеет зубчатое колесо с зубьями, расположенными по окружности, находящееся в зацеплении с шестерней, приводимой в движение приводом. Так как привод действует непосредственно на регулирующий узел, конструкция получается недорогой и компактной.

Кроме того, в предпочтительном варианте диаметр зубчатого колеса превышает диаметр термостата, а диаметр шестерни уступает диаметру зубчатого колеса. В этом случае получается большое передаточное число, что опять-таки позволяет использовать малый двигатель.

Также целесообразно разместить внутри корпуса по меньшей мере одну батарею. В этом случае терморегулирующая головка является автономной, если не принимать во внимание необходимость замены батарей через длительные периоды времени. Размещение батареи в корпусе не вызывает затруднений, так как может быть выбрана соответствующая форма корпуса.

В особенности целесообразно размещение батареи сбоку от термостата и/или регулирующего узла, вблизи привода, что обеспечивает компактность конструкции.

Также рекомендуется, чтобы батарея была снабжена контрольным устройством, отслеживающим уровень ее зарядки и выдающим сигнал ошибки, когда этот уровень падает ниже предельной величины. Например, в качестве такого устройства может быть использован вольтметр. Сигнал ошибки может приводить в действие оптический или звуковой извещатель.

В особенности целесообразно, чтобы при получении от привода сигнала ошибки регулирующий узел устанавливался в заданном исходном положении. Для жилых помещений этому исходному положению может, например, соответствовать требуемое значение температуры 20^oC; при размораживании оно может составлять 5^oC. Значения температуры, заданные таким образом, будут поддерживаться и в случае разрядки батарей.

В предпочтительном варианте в качестве привода используют двигатель, в особенности шаговый. Однако может быть использован любой другой привод, например магнитная система с пазами.

Также целесообразно наличие цепи управления, которая при вводе нового требуемого значения температуры сравнивает его с установленным и приводит в действие привод в соответствии с полученной разностью. Такая цепь управления также может быть расположена в корпусе.

Возможен также вариант выполнения изобретения, в котором генератор сигналов имеет клавиатуру и/или дисплей, расположенные на корпусе или на пульте дистанционного управления.

Далее изобретение описано на основе предпочтительного варианта выполнения со ссылками на чертежи, на которых:
фиг. 1 схематически изображает терморегулирующую головку в первом варианте выполнения, а
фиг. 2 изображает модифицированный вариант выполнения для клапана холодильной установки.

Терморегулирующая головка, изображенная на фиг. 1, имеет корпус 1, закрепленный на верхней части 3 клапана 4 радиатора с помощью патрона 2. Корпус 1 изображен единым, хотя на практике он состоит из нескольких частей, соединенных между собой. Клапан 4 приводится в действие при воздействии продольно перемещаемой контактной поверхности 5 на толкатель 6 клапана 4, выведенный наружу через сальник 7.

Между опорной поверхностью 8 корпуса 1 и поверхностью 5 расположены термостат 9 и регулирующий узел 10, соединенные между собой по соединительной поверхности 11. Термостат 9, имеющий твердое наполнение 12, в то же время является датчиком текущего значения температуры. Передняя стенка 13 термостата 9 опирается непосредственно на поверхность 8. Осевая длина L₁ термостата 9 изменяется в зависимости от текущего значения комнатной температуры. Осевая длина L₂ регулирующего узла 10 изменяется в зависимости от установленного требуемого значения температуры.

Регулирующий узел 10 состоит из невращаемой части 14 и вращаемой части 15, соединенных друг с другом посредством винтовой резьбы 16. На вращаемой части 15 закреплено зубчатое колесо 17, вращаемое через шестерню 18 электродвигателем 19, который может быть выполнен, например, шаговым. Электродвигатель 19 размещен в выдающейся части 20 корпуса 1, в которой также размещены батареи 21, необходимые для приведения в действие электродвигателя 19 и цепи 22 управления. Для обеспечения такого размещения оси электродвигателя 19 и батарей 21 ориентированы параллельно осям термостата 9 и узла 10. Зубчатое колесо 17 имеет очень большой диаметр, превосходящий диаметр термостата 9. Диаметр шестерни 18 меньше диаметра зубчатого колеса 17.

Цепь 22, расположенная в корпусе 1, имеет устройство для ввода требуемого значения температуры, взаимодействующее с генератором 23 сигналов, а также, например, клавиатуру 24 и дисплей 25. Генератор 23 выполнен с дистанционным управлением, так что передача сигналов в цепь 22 осуществляется беспроволочно или по кабелю 26. Посредством генератора 23 в память цепи 22 загружают требуемую величину температуры или программу ее изменения на длительный период (день, неделя, год). При любом изменении требуемого значения температуры управляющая цепь 22, имеющая таймер, включает электродвигатель 19 в соответствии с этим изменением. Вызванное этим изменение размера L₂ задает новое требуемое значение температуры для терморегулирующей головки.

Далее, цепь 22 содержит контрольное устройство, отслеживающее уровень зарядки батарей 21, например посредством измерения напряжения. Когда этот уровень становится меньше предельного значения, вырабатывается сигнал ошибки, вызывающий появление оптического сигнала на дисплее 25 и, при необходимости, звукового сигнала, а также обеспечивающий поворот узла 10 в заданное положение, например, соответствующее требуемому значению комнатной температуры 20^oC.

На фиг. 2, на которой номера составных частей, соответствующих изображенным на фиг.1, увеличены на 100, схематически изображена терморегулирующая головка клапана холодильника, отличающаяся в первую очередь тем, что термостат 109 содержит наполнение жидкость-пар и связан капиллярной трубкой 127 с удаленным датчиком 128. Таким образом, через промежуточное звено 129 термостат 109 действует на реверсирующее устройство 130 в виде коленчатого рычага, второе плечо которого нагружено контрфланцем 131 пружины 132. Это приводит к изменению направления действия термостата 109 в отношении контактной поверхности 105 на противоположное. Перемещение зубчатого колеса 117 с приводом от электродвигателя изменяет длину регулирующего узла 110, а следовательно и требуемое значение температуры. В этом варианте выполнения генератор сигналов 123 расположен на передней стенке корпуса 101.

В варианте, представленном на фиг. 2, работа может осуществляться и с жидким наполнением. В этом случае пружина 132 должна быть выполнена как пружина безопасности, то есть иметь относительно высокую жесткость. Подобной пружиной оснащена и головка в варианте выполнения, представленном на фиг. 1, однако там она для наглядности не показана.

При использовании предлагаемой терморегулирующей головки в клапанах нагревателей (обогрев комнаты, подогрев полов), требуемое значение температуры может быть введено вручную с пульта управления. Может быть предусмотрен ночной перерыв в работе, который, однако, при необходимости может быть проигнорирован, если это необходимо, если, например, ожидаются гости. Возможно также задание полной программы изменения требуемой температуры на неделю. При нагреве горячей воды в баке прекращение работы на ночь может дать большую экономию. Что касается клапанов холодильников, в них также часто бывает полезно привести требуемое значение в соответствие с предъявляемыми требованиями. При подогреве полов может оказаться полезным размещение дистанционного датчика в трубопроводе с горячей водой для регулирования комнатной температуры на основе температуры воды, протекающей по трубе. Также важно отметить, что терморегулирующей головкой можно управлять с помощью дистанционного управления, причем предпочтительным является управление целой группой таких головок с общего пульта. Дистанционно управляемые головки не требуют прямого доступа при установке требуемого значения температуры. Таким образом, они могут быть размещены в любом месте в здании, даже в подвале.

Как правило, батареи размещены в корпусе. Однако они могут быть также размещены в блоке дистанционного управления или, в случае использования головки в радиаторе, в корпусе за радиатором. Целесообразно использование батарей, выполненных с возможностью перезарядки, желательно через блок дистанционного управления.

Регулирующий узел не обязательно должен быть выполнен в виде винтовой пары. Возможно его выполнение в виде профилированного диска, части которого переменной толщины вклиниваются между контактной поверхностью и термостатом под действием привода. Вместо изображенной зубчатой передачи может быть использована другая передача, например ременная и т.п. Кроме того, зубчатое колесо 17 может быть заменено червячным, а шестерня 18 - червяком. В этом случае целесообразно поперечное расположение оси электродвигателя 19, 119 по отношению к осям термостата 9 и узла 10.

Терморегулирующая головка клапана предназначена для использования в клапанах радиаторов, подогревателей полов, водонагревателей, холодильников и других подобных устройств. Терморегулирующая головка содержит корпус, лишенный рукояток, регулирующий узел. Регулирующий узел перемещает при приведении в действие электропривода управляющую клапаном контактную поверхность. Устройство для ввода требуемых значений температуры, приводимое в действие посредством генератора сигналов. Термостат, размещенный в корпусе, устанавливается в зависимости от регулируемой температуры. К термостату присоединено устройство для установки требуемого значения температуры. Это устройство выполнено в виде регулирующего узла. Последний устанавливается посредством привода во всем диапазоне требуемых значений температуры. Изобретение позволяет без затруднения устанавливать ночной перерыв в работе или программу изменения требуемого значения температуры и избегать чрезмерных затрат энергии и перерывов в процессе регулирования в случае прекращения энергоснабжения. 21 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Терморегулирующая головка клапана, имеющая корпус, лишенный рукояток, регулирующий узел, перемещающий при приведении в действие электропривода управляющую клапаном контактную поверхность, и устройство для ввода требуемых значений температуры, приводимое в действие посредством генератора сигналов, отличающаяся тем, что в корпусе (1,101) размещен термостат (9,109), устанавливающийся в зависимости от регулируемой температуры, с присоединенным к нему устройством для установки требуемого значения температуры, которое выполнено в виде регулирующего узла (10,110), устанавливаемого посредством привода во всем диапазоне требуемых значений температуры. 2. Терморегулирующая головка по п.1, отличающаяся тем, что термостат (9) имеет жидкое или твердое наполнение, а регулирующий узел (10) установлен с ним последовательно и изменяет свою длину при приведении в действие привода (19). 3. Терморегулирующая головка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что изменение осевой длины (L1) термостата (9) осуществляется в зависимости от регулируемой температуры, изменение осевой длины регулирующего узла (10) осуществляется при действии привода, а регулирующий узел (10) конструктивно расположен последовательно между опорной поверхностью (8) корпуса и контактной поверхностью (5). 4. Терморегулирующая головка по п.1, отличающаяся тем, что термостат (109) имеет наполнение жидкость-пар и воздействует на пружину (132), а регулирующий узел присоединен к одному из контрфланцев пружины и изменяет свою длину при приведении в действие привода. 5. Терморегулирующая головка по пп.1 - 4, отличающаяся тем, что регулирующий узел (10,110) расположен вблизи контактной поверхности (5,105). 6. Терморегулирующая головка по одному из пп.1 - 5, отличающаяся тем, что в корпусе размещено реверсивное устройство (130) термостата (109), которое изменяет рабочее направление термостата по отношению к контактной поверхности на противоположное. 7. Терморегулирующая головка по одному из пп.1 - 6, отличающаяся тем, что регулирующий узел (10,110) выполнен в виде винтовой пары, одна часть (15,115) которой установлена с возможностью вращения от привода (19,119), а другая (14,114) установлена с предотвращением вращения. 8. Терморегулирующая головка по одному из пп.1 - 7, отличающаяся тем, что привод (19,119) расположен сбоку от термостата (9,109) и/или регулирующего узла (10,110), причем для размещения привода (19,119) корпус (1,101) в поперечном сечении выполнен некруглым. 9. Терморегулирующая головка по п.8, отличающаяся тем, что продольная ось привода (19) расположена параллельно оси термостата (9) и регулирующего узла (10). 10. Терморегулирующая головка по одному из пп.1 - 9, отличающаяся тем, что вращающаяся часть (15,115) регулирующего узла (10,110) имеет зубчатое колесо (17,117) с зубьями, расположенными по окружности, находящееся в зацеплении с шестерней (18,118), приводимой в движение приводом (19,119). 11. Терморегулирующая головка по п.10, отличающаяся тем, что диаметр зубчатого колеса (17,117) превышает диаметр термостата (9,109), а диаметр шестерни (18,118) уступает диаметру зубчатого колеса (17,117). 12. Терморегулирующая головка по одному из пп.1 - 11, отличающаяся тем, что в корпусе (1,101) размещена по меньшей мере одна батарея (21,121). 13. Терморегулирующая головка по пп.8 и 12, отличающаяся тем, что батарея (21,121) размещена сбоку от термостата (9,109) и/или регулирующего узла (10,110) вблизи привода (19,119). 14. Терморегулирующая головка по п.12 или 13, отличающаяся тем, что батарея (21,121) снабжена контрольным устройством, выдающим сигнал ошибки, когда уровень зарядки падает ниже предельной величины. 15. Терморегулирующая головка по п.14, отличающаяся тем, что при получении от привода сигнала ошибки регулирующий узел устанавливается в заданном исходном положении. 16. Терморегулирующая головка по одному из пп.1 - 15, отличающаяся тем, что в качестве привода (19,119) использован двигатель. 17. Терморегулирующая головка по п.16, отличающаяся тем, что двигатель является шаговым. 18. Терморегулирующая головка по одному из пп.1 - 17, отличающаяся тем, что имеется цепь (22,122) управления, которая при вводе нового требуемого значения температуры сравнивает его с установленным и приводит в действие привод (19,119) в соответствии с полученной разностью. 19. Терморегулирующая головка по одному из пп.1 - 18, отличающаяся тем, что генератор (23) сигналов имеет клавиатуру (24). 20. Терморегулирующая головка по одному из пп.1 - 19, отличающаяся тем, что генератор (23) сигналов имеет дисплей (25). 21. Терморегулирующая головка по одному из пп.1 - 20, отличающаяся тем, что генератор (123) сигналов размещен на корпусе. 22. Терморегулирующая головка по одному из пп.1 - 20, отличающаяся тем, что генератор (23) сигналов выполнен как часть пульта дистанционного управления.