ИСПОЛНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ТЕРМОСТАТИЧЕСКОГО КЛАПАНА Российский патент 2012 года по МПК G05D23/02 

Данное изобретение относится к исполнительному устройству термостатического клапана системы, в частности к исполнительному устройству термостатического клапана систем водяного отопления, в частности к исполнительному устройству термостатического клапана аппаратов нагрева хозяйственной воды, содержащему управляющий элемент, изменяющийся в зависимости от температуры, приводной элемент, использующий изменение управляющего элемента для регулирования системы, и по меньшей мере одно воздействующее устройство, влияющее на регулировочную характеристику управляющего элемента.

Исполнительные устройства термостатических клапанов, например термоголовки клапанов, предназначены для того, чтобы посредством отопительного прибора или поверхности нагрева добиваться в помещении заданной температуры. В случае использования термоголовок температура в помещении, в котором находится отопительный прибор, регистрируется посредством управляющего элемента, изменяющегося в зависимости от температуры. Изменение управляющего элемента в зависимости от температуры преобразуется в механическое движение приводного элемента, который, в свою очередь, приводит в движение шток клапана отопительного прибора. Обычно дросселирование клапана отопительного прибора тем сильнее, чем дальше вдвинулся, преодолевая силу пружины клапана, шток клапана отопительного прибора. В настоящее время самым употребительным является такое конструктивное исполнение термоголовок термостатических клапанов, в котором применяется управляющий элемент с наполнителем, объем которого зависит от температуры. Изменение объема преобразуется затем в механическое движение приводного элемента.

Термоголовки такого типа применяются давно и достаточно успешно. За последние годы, по мере увеличения стоимости энергии, роста экологического сознания и повышения требований к комфорту, назрела необходимость изменить взаимозависимость между чувствительным элементом и приводным элементом, например, чтобы в режиме ночного времени устанавливать более низкое заданное значение температуры. Во многих случаях достаточно, чтобы значение температуры в помещении уменьшалось, например, на 4°С, поскольку хорошо изолированное здание охлаждается ночью только примерно на 2-3°С.

Такие термоголовки известны, например, из документа ЕР 1033638 А1, в котором описана термоголовка, содержащая устройство регулирования, изменяющее взаимозависимость между чувствительным элементом и приводным элементом. В этой термоголовке электродвигатель через зубчатую передачу воздействует на шпиндель. Шпиндель изменяет длину приводного элемента, установленного между зависящим от температуры управляющим элементом и штоком клапана отопительного прибора.

В документе DE 3153654 С2 описана другая термоголовка, в которой между штоком термоголовки и штоком клапана отопительного прибора вставлена промежуточная деталь переменной длины, образованная овальным диском. Диаметр этого овального диска в одном направлении больше, чем в другом, перпендикулярном ему направлении. Диск установлен плавающим образом на вращающейся крестовине, приводимой в движение через передачу электродвигателем. В этой термоголовке также непосредственно изменяется длина эффективного приводного элемента, передающего усилие между управляющим элементом и приводным штоком клапана отопительного прибора.

Еще одна термоголовка раскрыта в документе DE 3821813 С1. В этой термоголовке управляющий элемент выполнен в виде полости, заполненной жидкостью, объем которой зависит от температуры окружающей среды. В результате изменения объема, соединенный с полым телом приводной элемент приводится в движение посредством сильфона. Для влияния на регулировочную характеристику управляющего элемента предусмотрен поршневой цилиндр, гидравлически соединенный с заполненной жидкостью полостью. Перемещение поршня в цилиндре позволяет увеличивать или уменьшать эффективный объем полости.

Современные исполнительные устройства термостатических клапанов используются не только в виде термоголовок отопительных приборов, но все чаще устанавливаются и в других точках систем отопления. Например, исполнительные устройства термостатических клапанов также находят применение вместе с теплообменниками, в которых тепло из циркуляционного контура системы отопления передается в циркуляционный контур системы горячего водоснабжения. Циркуляционный контур системы отопления может существовать как в виде домашней системы отопления, так и являться частью системы централизованного теплоснабжения. Циркуляционный контур системы нагревает через теплообменник хозяйственную воду, например горячую воду в квартирном трубопроводе или в подающем трубопроводе для пола с подогревом.

Особенно высокие требования предъявляются, в частности, к исполнительным устройствам термостатических клапанов, используемым при нагреве воды в горячих трубопроводах. Например, эти исполнительные устройства по возможности должны обеспечивать управление клапаном независимо от усилия, необходимого для приведения клапана в действие. Кроме того, требуется, чтобы эти устройства как можно быстрее осуществляли регулирование управляемого ими клапана по изменению температуры. Разумеется, что такие исполнительные устройства должны быть по возможности недорогими.

Известные в настоящее время исполнительные устройства термостатических клапанов по-прежнему обладают определенными недостатками.

Задача данного изобретения состоит в том, чтобы предложить по возможности универсальное в использовании и управлении исполнительное устройство термостатического клапана, обеспечивающее, в частности, возможность регулировки потока в одном трубопроводе в зависимости от температуры в другом трубопроводе, в частности, регулировки потока в обратной линии в зависимости от температуры в отводящей линии.

Для решения этой задачи предлагается таким образом усовершенствовать вышеупомянутое исполнительное устройство термостатического клапана, чтобы его воздействующее устройство воздействовало на регулировочную характеристику управляющего элемента посредством упругой связи.

Такая упругая связь позволяет придать исполнительному устройству термостатического клапана определенное, согласующееся с конкретной ситуацией "предварительное напряжение". Такое "предварительное напряжение" позволяет таким образом отрегулировать приводной элемент, действующий, как правило, на толкатель клапана, чтобы сила, развиваемая управляющим элементом совместно с "предварительным напряжением", придаваемым упругой связью, преодолела по существу любое давление толкателя клапана. Соответственно, предлагаемое исполнительное устройство термостатического клапана применимо вместе с самыми разными типами клапанов. Кроме того, упругая связь при помощи управляющего элемента позволяет осуществить быстрое начало процесса регулирования, даже если при определенных условиях при этом не достигается необходимое значение скорости регулирования. Последующее регулирование управляющего элемента, например, при помощи электродвигателя через упругую связь реализуемо непосредственно сразу после начального процесса регулирования. Таким образом, осуществимо быстрое начало процесса регулирования и последующее, хотя и более медленное, проведение процесса регулирования в полном объеме.

Предлагается, чтобы воздействующее устройство воздействовало на управляющий элемент, приводной элемент или как на управляющий, так и на приводной элемент. Как правило, такое силовое воздействие происходит самым непосредственным образом, что позволяет использовать простейшую конструкцию. Кроме того, это позволит уменьшить эффект гистерезиса, возникающего, например, вследствие трения при механическом силовом воздействии.

Предлагается, по меньшей мере, частичное, выполнение упругой связи в виде пружинного механизма, например металлической пружины, винтовой пружины, спиральной пружины и/или пластинчатой пружины. Посредством таких пружин простейшим способом реализуемо необходимое упругое соединение. Кроме того, такие пружинные механизмы уже применяют в исполнительных устройствах термостатических клапанов, хотя и для выполнения другой функции. Это позволяет либо использовать уже имеющиеся на складах изделия, либо приобретать их у поставщиков, либо обращаться к уже применяемым технологиям, что облегчает быструю и недорогую реализацию предлагаемого исполнительного устройства термостатического клапана.

Помимо этого, предусмотрено, что воздействующее устройство содержит по меньшей мере один электродвигатель, в частности шаговый электродвигатель. Такие двигатели уже доказали свою пригодность для воздействия на регулировочную характеристику управляющего элемента. Соответственно, хорошо зарекомендовавшие себя компоненты возможно использовать и в этой связи. Кроме того, самым простым образом осуществимо преобразование выходных сигналов электронного управляющего устройства в соответствующее управляющее движение, причем, поскольку обычно электродвигателю энергия необходима только при изменении силы воздействия, такая конструкция представляется весьма энергосберегающей.

Далее, если воздействующее устройство имеет по меньшей мере один передаточный механизм, это позволяет преобразовать относительно малые усилия, первоначально создаваемые воздействующим устройством, например электродвигателем, в относительно большие управляющие воздействия. Применение в таком передаточном механизме механического редуктора обеспечит возможность исключительно плавного регулирования.

Далее, представляется предпочтительным наличие возможности предварительной установки изменяемого заданного значения. Предлагается настройка и, таким образом, установка этого значения, например, вручную пользователем. Это относится, например, к регулированию температуры в помещении или температуры воды, подаваемой из водопроводного крана, когда пользователю предоставляется возможность, например, устанавливать температуру в помещении или температуру горячей воды при помощи поворотной термоголовки. При этом задавать значение возможно любым образом, например, в виде величин температуры или символических изображений (в случае горячего водоснабжения, например, в виде символов, обозначающих процесс мытья рук, душ, ванну и т.д.). Задать значение возможно либо механически - изменением продольного просвета в термостатическом клапане - или увеличением/уменьшением объема сильфона, либо косвенно посредством электронного блока управления, рассчитывающего введенную величину и подающего ее на соответствующее исполнительное устройство.

Кроме того, предлагается управляющий элемент, содержащий по меньшей мере одно объемно расширяющееся тело, вмещающее, например, текучую среду, объем которой зависит от температуры. Под текучей средой, в частности, понимается газообразная среда. Однако возможно использование и жидкостей, в частности жидкостей с высоким коэффициентом объемного теплового расширения. Также применимы и воскообразные вещества. Наконец, возможно также использовать вещества, находящиеся в сверхкритическом состоянии, являющимся промежуточным между жидким и газообразным состоянием. Разумеется, возможно использование, в том числе, таких текучих сред, только часть которых находится в жидком или газообразном состоянии. Особенно предпочтителен в качестве наполнителя влажный пар. Само собой, возможно предусмотреть несколько полостей, соединенных, при необходимости, друг с другом при помощи жидкостной магистрали, так, чтобы было реализуемо измерение температуры в точке, удаленной от исполнительного устройства термостатического клапана.

Кроме того, предлагается оснащение управляющего элемента по меньшей мере одним сильфоном. Такие сильфоны доказали свою пригодность для тех случаев, когда необходимо наличие непроницаемой для жидкости или газа полости со значительно меняющимся объемом.

Помимо этого, предлагается оснащение управляющего элемента по меньшей мере одним динамометрическим датчиком для использования, например, в связи с воздействующим устройством, или же в отношении общей силы, с которой исполнительное устройство термостатического клапана действует на наружный корпус.

Предлагается также предусмотреть устройство управления, в частности электронный блок управления, использующее в качестве входной величины по меньшей мере значения измерений динамометрического датчика. Это позволит обрабатывать выходное значение динамометрического датчика в качестве, например, значения обратной связи устройства управления. На основе этой величины сигнала возможна, например, последующая настройка воздействующего устройства. При этом возможно использование выходной величины динамометрического датчика и другими устройствами.

Предлагается также такая настройка устройства управления, влияющего на воздействующее устройство, чтобы выходная величина динамометрического датчика оставалась по существу постоянной. Условие постоянства выходной величины динамометрического датчика позволяет уравнять действующую изнутри клапана силу. Таким образом, например, возможно, например, поддерживать постоянной температуру подаваемой текучей среды (горячей воды). Если электронный блок управления настроен так, что он поддерживает как можно более постоянной силу, действующую на динамометрический датчик (и для этого соответствующим образом управляет исполнительным устройством термостатического клапана), то в объемно расширяющемся теле возможно поддерживать по существу постоянное давление.

Благодаря этому реализуемо, по существу, постоянство температуры, например, воды, получаемой при нагреве хозяйственной воды.

Предлагается также предусмотреть индикаторное устройство, в частности цифровое индикаторное устройство, на которое, в частности, воздействует динамометрический датчик. Это позволит пересчитать величину силы, зарегистрированную динамометрическим датчиком, в величину температуры, отображаемую индикатором.

Разумеется, что возможны любые сочетания как вышеупомянутых, так и вытекающих из них предпочтительных вариантов предлагаемого исполнительного устройства термостатического клапана. В частности, оно реализуемо со множеством воздействующих устройств, в которых, по крайней мере в некоторых, используются другие механизмы воздействия.

Ниже изобретение раскрывается более подробно при помощи предпочтительных вариантов его осуществления и прилагаемых чертежей, на которых:

фиг.1 является схематической иллюстрацией конфигурации термостатического клапана горячей воды для нагрева хозяйственной воды теплом от системы централизованного теплоснабжения;

фиг.2 представляет собой схематический разрез исполнительного устройства термостатического клапана;

фиг.3. отражает результат тестирования при нагреве хозяйственной воды.

На фиг.1 изображен теплообменный аппарат 1 для нагрева хозяйственно-бытовой воды 2 при помощи тепла от системы централизованного теплоснабжения 3. Соответствующие установки 2, 3 показаны лишь схематично. Нагрев хозяйственно-бытовой воды 2 происходит при помощи тепла от системы централизованного теплоснабжения 3, причем здесь применен теплообменник 4. Теплообменник 4 тоже изображен схематично. В общей сложности, теплообменник 4 располагает четырьмя соединениями Q_1,1,. Q_1,2, Q_2,1, Q_2,2 для текучей среды.

Два соединения Q_2,1, Q_2,2 находятся со стороны хозяйственно-бытовой воды 2. Здесь предусмотрена подводящая линия 5 хозяйственной воды для подвода пока еще холодной, подлежащей нагреву хозяйственной воды. Имеется также отводящая линия 6 хозяйственной воды для уже нагретой в теплообменнике 4 хозяйственной воды. Направление потока хозяйственной воды обозначено стрелками.

Со стороны поступления тепла от системы централизованного теплоснабжения 3 также предусмотрено два соединения Q_1,1, Q_1,2, а именно, подводящая линия 7 системы централизованного теплоснабжения и обратная линия 8 системы централизованного теплоснабжения. Направление потока теплоносителя сети централизованного теплоснабжения также обозначено стрелками. Теплоноситель сети централизованного теплоснабжения нагревают, например, на блочной теплоэлектроцентрали 9, изображенной здесь схематично. В качестве текучего теплоносителя сети централизованного теплоснабжения возможно использование воды, перегретой воды, перегретого пара, насыщенного пара и/или другой текучей среды.

Соединения имеют обозначения Q_i,j, причем i обозначает циркуляцию текучей среды (i=1 для стороны, с которой поступает тепло от системы централизованного теплоснабжения 3, i=2 для стороны, с которой поступает тепло хозяйственной воды 2), a j для направления потока (j=1 для стороны подвода, j=2 для стороны отвода).

Кроме того, на теплообменной установке 1 с фиг.1 показан клапан 10, управляемый исполнительным устройством 11 клапана. Основной входной параметр исполнительного устройства 11 клапана получают от температурного датчика 12, измеряющего температуру Т_2,2 хозяйственной воды 6, выходящей из теплообменника 4 (у Q_2,2). В данном примере температурный датчик 12 представляет собой датчик температуры, наполненный текучей средой, выдающий управляющий сигнал при помощи изменения влажного пара содержащейся в нем среды. Предпочтительно, чтобы текучая среда представляла собой смесь жидкости и газа. В частности, в датчике температуры должен присутствовать влажный пар. Поэтому важно, чтобы наполнитель содержал влажный пар во всем объеме, в котором требуется определение температуры.

В примере с фиг.1 термостатический клапан 10 установлен в циркуляционном контуре 3 системы централизованного теплоснабжения со стороны отвода (Q_1,2). Разумеется, вполне осуществима установка клапана 10 в циркуляционном контуре системы централизованного теплоснабжения 3 со стороны подвода (Q_1,1).

Фиг.2 представляет собой детализированный схематичный поперечный разрез исполнительного устройства 11 клапана с фиг.1.

Исполнительное устройство 11 клапана содержит приводной толкатель 13, который в торцевой контактовой зоне 14 (слева на фиг.1) контактирует с толкателем термостатического клапана (этот толкатель не изображен). Соответственно, поступательное движение приводного толкателя 13 (схематично показанное на фиг.2 двунаправленной стрелкой) передается на толкатель клапана 10, причем от этого зависит степень открывания пропускного отверстия клапана 10. При этом отопительный клапан действует на приводной толкатель 13 с противодействующей силой F_v (v здесь означает "valve", то есть, "клапан"), создаваемой обычно пружиной клапана.

Другой конец приводного толкателя 13 контактирует с подвижным дном 15 бачка 16, наполненного текучей средой и обладающего изменяемым внутренним объемом. Изменение внутреннего объема осуществляется при помощи сильфона 17, установленного между подвижным дном 15 и корпусом 18 бачка. Полость бачка 16 заполнена текучей средой, имеющей соответствующее давление и, таким образом, действующей с соответствующей силой F_R (R здесь означает "regulation", то есть, "регулирование") на подвижное дно 15 и, следовательно, через приводной толкатель 13 на толкатель 10 клапана, причем F_R является функцией температуры. Сила F_R (T) представляет собой произведение давления пара в полости 20 на площадь поверхности подвижного дна 15. Для давления пара (парообразной составляющей текучей среды) P_Dampf принимается при этом

,

где α и β - постоянные, зависящие от свойств вещества.

Посредством соединительного трубопровода 19 полость бачка 16 гидравлически связана с полостью температурного датчика 12. Полость бачка 16, внутреннее пространство соединительного трубопровода 19 и полость температурного датчика 12 образуют общую полость 20. Полость 20 заполнена текучей средой. Изменение температуры протекающей хозяйственной воды 6 (например, вследствие того, что был открыт кран горячей воды) приводит к соответствующему изменению температуры текучей среды в датчике 12, что, в свою очередь, приводит к изменению объема текучей среды. Это изменение объема текучей среды компенсируется изменением объема полости 20. Поскольку, за исключением сильфона 17, все детали, образующие полость 20, выполнены, по существу, жесткими, за счет такого изменения объема происходит перемещение подвижного дна 15, причем через винтовую пружину 26 и приводной толкатель 13 это перемещение передается толкателю клапана 10.

Кроме того, в исполнительном устройстве 11 клапана предусмотрен шпиндель 23 с наружной резьбой 25. С одной стороны шпиндель 23 сопряжен с винтовой пружиной 26, при этом другой конец пружины 26 контактирует с подвижным дном 15 бачка 16. Если пружина 26 напряжена, то она воздействует на подвижное дно 15 бачка 16 с силой F_s (S здесь означает "spring", то есть, "пружина"). Сила пружины F_s складывается из предварительного напряжения F_s0 пружины и силы, возникающей в результате сжатия или растяжения пружины от нулевого положения. Действует соотношение F_s=F_so+S*ΔХ, где S - коэффициент жесткости пружины, ΔХ - продольное отклонение пружины от положения S₀ предварительного напряжения. В отличие от известных исполнительных устройств клапанов, в данном исполнительном устройстве 11 клапана реализуемо регулирование силы F_s0 предварительного напряжения при помощи электродвигателя 21 (см. описание ниже).

Наружная резьба 25 шпинделя 23 входит в зацепление с внутренней резьбой 24 шестерни 22. Соответственно, вращение шестерни 22 позволяет смещать шпиндель 23 влево и вправо, меняя, таким образом, предварительное напряжение пружины 26 и, следовательно, силу F_s0 или F_s, действующую на подвижное дно 15 бачка 16. В данном примере вращение шестерни 22 осуществляется электродвигателем 21. Разумеется, что предполагается дальнейшее понижение передаточного числа электродвигателя 21 при помощи более сложного передаточного механизма. Возможно использование и других регулировочных элементов. Управление электродвигателем 21 осуществляется соответствующим образом при помощи электронного блока 30 управления.

В нормальном рабочем состоянии исполнительного устройства 11 клапана три силы F_R, F_s и F_v уравновешены, причем F_s+F_v=F_R. Само собой, это соотношение не действует во время перемещения подвижного дна 15 бачка 16. Вполне очевидно, что такое равновесие позволяет посредством выбора предварительного напряжения F_s пружины 26 изменять силу F_v, действующую на клапан 10. Таким образом, при помощи соответствующего подбора предварительного напряжения F_s спиральной пружины 26 возможно, например, настраивать исполнительное устройство 11 клапана под различные силы F_v, разных конструкций клапана 10. При этом изменением предварительного напряжения спиральной пружины 26 управляют при помощи электродвигателя 21. Благодаря этому возможность применения исполнительного устройства 11 клапана почти не зависит от силы, возникающей со стороны соответствующего клапана 10, что не выполняется в случае использования обычных исполнительных устройств клапана.

Кроме того, при помощи электродвигателя 21 возможна настройка так называемой нулевой точки. В отсутствие электродвигателя 21 зависимость между температурой и пропускной способностью была бы, по существу, линейной. Падение температуры регистрируется температурным датчиком 12, клапан открывается, увеличивая при этом пропускную способность. При помощи блока 30 управления электродвигатель 21 подключен к датчику 28 давления и обеспечивает выравнивание сил в клапане. Соответственно, сдвигается параллельно вверх или вниз линия на графике, представляющая зависимость между температурой и пропускной способностью. Иными словами, температура поддерживается постоянной, при этом происходит изменение нулевой точки равновесия сил в клапане с созданием новой нулевой точки.

Бачок 16 плавающим образом закреплен в держателе 27, связанном, в свою очередь, динамометрическим датчиком 28 с наружным корпусом 29 исполнительного устройства 11 клапана, вследствие чего динамометрический датчик 28 способен измерять силу F_R или F_s+F_v. Эта сила соотносится с текущей температурой хозяйственной воды, измеряемой, например, температурным датчиком 12 и служащей основной входной величиной для электронного блока 30 управления. Реализуем вывод выходной величины динамометрического датчика 28, например, через блок 30 управления на не показанное здесь цифровое индикаторное устройство благодаря соответствующей калибровке, отображающей текущую температуру хозяйственной воды. Кроме того, возможно использование выходной величины электронным блоком 30 для управляющего воздействия на электродвигатель 21.

Таким образом реализуемы экономичный вариант цифрового индикаторного устройства или улучшенная регулировочная характеристика исполнительного устройства термостатического клапана.

Независимо от выбранного конструктивного исполнения деталей, предлагаемое устройство обладает, в частности, перечисленными ниже преимуществами. Прежде всего, достижима чрезвычайно быстрая реакция управляющего устройства на изменение в системе. Далее, предлагаемое исполнительное устройство 11 термостатического клапана по существу не зависит от противодействующей силы, создаваемой клапаном 10. Кроме того, реализуема весьма стабильная регулировочная характеристика исполнительного устройства 11 клапана. Это справедливо, в частности, и для малых пропускных способностей, с которыми обычно и возникают основные сложности.

На фиг.3 показаны результаты испытаний с применением исполнительного устройства термостатического клапана, конструкция которого представлена на фиг.2. При этом само испытательное устройство соответствует схематичной конфигурации с фиг.1.

По оси абсцисс представлено время в секундах, причем абсолютное значение времени по существу не важно. По оси ординат в литрах в час представлена пропускная способность циркуляционного контура (Q₁) системы централизованного теплоснабжения 3 и пропускная способность циркуляционного контура 2 (Q₂) системы горячего водоснабжения. Кроме того, на графике отмечена температура Т_2,2 хозяйственной воды, измеренная в точке Q_2,2.

Сначала система находится в состоянии покоя, при этом как циркуляционный контур системы централизованного теплоснабжения 3, так и циркуляционный контур 2 системы горячего водоснабжения обладают незначительной пропускной способностью. Разумеется, предпочтительно, чтобы на этом этапе эти циркуляционные контуры обладали нулевой пропускной способностью. Температура Т_2,2 хозяйственной воды на отводе составляет примерно 46°С.

В момент времени t₁ (соответствующий примерно 2110 секундам) в циркуляционном контуре 2 системы горячего водоснабжения открывают водопроводный кран, что, соответственно, в данный момент времени характеризуется значительным ростом кривой Q₂ и приводит к падению температуры Т_2,2 хозяйственной воды 6 на отводе. Как наглядно демонстрирует кривая Q₁, исполнительное устройство 11 клапана открывает термостатический клапан 10 за очень короткий промежуток времени, результатом чего является быстрое увеличение пропускной способности Q₁ в циркуляционном контуре 3 системы централизованного теплоснабжения, что позволяет сильнее нагревать хозяйственную воду. Резкий начальный рост между моментами времени t₁ и t₂ основан на изменении объема текучей среды в полости 20 и соответствующем перемещении подвижного дна 15 бачка 20 при одновременной деформации сильфона 17. В соответствии с этим температура Т_2,2 хозяйственной воды снова растет.

В момент времени t₂ не происходит дальнейшего изменения объема текучей среды в полости 20. Тем не менее, низкое давление в бачке 16 (меньшие значения F_V и F_S) обуславливает то, что динамометрический датчик 28 регистрирует снижение силы F_R или F_S+F_V. Соответственно, электронный блок управления так воздействует на электродвигатель 21, что шпиндель 23 движется в направлении бачка 16 (на фиг.2 - вправо), в результате чего повышается предварительное напряжение винтовой пружины 26 и, соответственно, увеличивается F_s. При этом, благодаря равновесию сил, уменьшается сила, действующая через приводной толкатель 13 на клапан 10, и происходит дальнейшее открывание клапана. Это открывающее движение происходит сравнительно медленно, что отражается в менее резком подъеме кривой Q₁ или Т_2,2 в этом интервале. Поскольку в момент t₃ температура Т_2,2 хозяйственной воды достигает (приблизительно) требуемого значения, электродвигатель 21 останавливается и, начиная с момента времени t_3, система находится в равновесии. В этой связи следует подчеркнуть, что температура хозяйственной воды (при условии сохранения неизменным заданного значения требуемой температуры) является, по существу, постоянной. Это также является большим преимуществом данного изобретения.

В момент времени t₄ водопроводный кран в циркуляционном контуре 2 системы горячего водоснабжения снова закрывают. Соответственно пропускная способность Q₂ и потребление тепла падают. Изменение объема текучей среды в полости 20 вызывает очень быструю регулирующую реакцию, при этом закрывается термостатический клапан 10. В момент t₅ уменьшение объема текучей среды, находящейся в полости 20, завершается. После этого измерение силы датчиком 28 снова оказывает управляющее воздействие на электродвигатель 21. Однако теперь электродвигатель 21 вращается в противоположном направлении, поэтому шпиндель 23 перемещается в направлении, при котором просвет между шпинделем 23 и бачком 16 увеличивается, а предварительное напряжение F_S пружины 26, соответственно, уменьшается. Начиная с момента времени t_7, система снова находится в равновесии.

Плато кривой пропускной способности Q₁ между моментами времени t₅ и t₆ появляется в результате эффекта механического гистерезиса, который возможно уменьшить, а при определенных условиях даже свести к минимуму, если использовать конструкции с малыми потерями на трение. Настройка блока управления позволяет уменьшить или предотвратить провал кривой Q₁ в промежутке времени между t₇ и t₈. Однако, как видно из фиг.3, такая впадина не сильно влияет на качество кривой Т_2,2.

Фиг.3 хорошо иллюстрирует большое преимущество данного устройства по сравнению с известными системами.

С одной стороны, в промежутках времени между t₁ и t₂ и между t₄ и t₅ обеспечивается очень быстрая начальная регулирующая реакция. Эта регулирующая реакция быстрее, в частности, чем в системах с только одним исполнительным устройством клапана, регулируемым при помощи электродвигателя. Такое исполнительное устройство, использующее только один электродвигатель, в течение всего процесса регулирования обладает скоростью реакции, соответствующей скорости реакции в интервале времени между t₂ и t₃ или между t₆ и t₇.

По сравнению же с системами, основанными только на регулировании с использованием текучей среды, достижимо получение улучшенной и более полной регулирующей реакции. Поэтому, хотя скорость регулирования в интервале времени между t₂ и t₃ ниже, чем в интервале между t₁ и t₂, в конечном итоге значение имеет именно регулирующая реакция. То же самое относится и к интервалу между t₅ и t₇.

Изобретение относится к исполнительному устройству (11) термостатического клапана системы (1) водяного отопления. Технический результат - создание универсального в использовании и управлении исполнительного устройства термостатического клапана. Для этого устройство содержит термозависимый управляющий элемент (15, 16), приводной элемент (13) и воздействующее устройство (23), оказывающее влияние на регулировочные характеристики управляющего элемента (15, 16), причем указанное воздействующее устройство (23) влияет на регулировочные характеристики управляющего элемента (15, 16) через упругую связь (26). Предлагается оснащение воздействующего устройства (23) пружинным механизмом, электромотором, динамометрическим датчиком, электронным блоком управления и цифровым индикаторным устройством. 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Исполнительное устройство (11) термостатического клапана системы, в частности, исполнительное устройство (11) термостатического клапана (10) систем водяного отопления, в частности исполнительное устройство термостатического клапана аппаратов нагрева хозяйственной воды, содержащее управляющий элемент (15, 16), изменяющийся в зависимости от температуры, приводной элемент (13), использующий изменение управляющего элемента (12, 16) для регулирования устройства (10), и, по меньшей мере, одно воздействующее устройство (23), выполненное с возможностью влияния на регулировочную характеристику управляющего элемента (15, 16), отличающееся тем, что воздействующее устройство (23) оказывает влияние на регулировочную характеристику управляющего элемента (15, 16) посредством упругой связи (26), причем указанный управляющий элемент (15, 16) содержит дно (15), гидравлически связанное с внутренним бачком (16), наполненным текучей средой и обладающим изменяемым внутренним объемом, при этом указанное дно (15) через соединительный трубопровод (19) гидравлически связано также с полостью температурного датчика (12).

2. Исполнительное устройство термостатического клапана по п.1, отличающееся тем, что воздействующее устройство (23) оказывает воздействие на управляющий элемент (15, 16) и/или на приводной элемент (13).

3. Исполнительное устройство термостатического клапана по п.1, отличающееся тем, что упругая связь (26) выполнена, по меньшей мере, частично, в виде пружинного механизма, в частности в виде металлической пружины, винтовой пружины, спиральной пружины и/или пластинчатой пружины.

4. Исполнительное устройство термостатического клапана по п.1, отличающееся тем, что воздействующее устройство (23) содержит, по меньшей мере, один электродвигатель (21), в частности, шаговый электродвигатель.

5. Исполнительное устройство термостатического клапана по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что воздействующее устройство (23) имеет по меньшей мере один передаточный механизм.

6. Исполнительное устройство термостатического клапана по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что выполнено с возможностью предварительной установки изменяемого заданного значения.

7. Исполнительное устройство термостатического клапана по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что управляющий элемент (15, 16) содержит по меньшей мере одно объемно расширяющееся тело (12, 16, 20).

8. Исполнительное устройство термостатического клапана по п.7, отличающееся тем, что объемно расширяющееся тело (20) содержит насыщенный пар.

9. Исполнительное устройство термостатического клапана по любому из пп.1-4 или 8, отличающееся тем, что управляющий элемент содержит, по меньшей мере, один сильфон (17).

10. Исполнительное устройство термостатического клапана по любому из пп.1-4 или 8, отличающееся наличием, по меньшей мере, одного динамометрического датчика (28).

11. Исполнительное устройство термостатического клапана по п.10, отличающееся наличием блока управления, в частности электронного блока управления, использующего в качестве входной величины, по меньшей мере, значения измерений динамометрического датчика (28).

12. Исполнительное устройство термостатического клапана по п.11, отличающееся таким исполнением указанного блока управления, что при управлении воздействующим устройством (23) выходное значение динамометрического датчика (28) сохраняется по существу неизменным.

13. Исполнительное устройство по любому из пп.1-4, 8, 11 или 12, отличающееся наличием индикаторного устройства, в частности, цифрового индикаторного устройства, на которое воздействует динамометрический датчик (28).