OPEN/CLOSE AND REGULATING ARRANGEMENT FOR HEAT EXCHANGE SYSTEMS

Abstract: 1. Closing/opening and regulating arrangement for heat exchanging installations with feed and return lines between the supply side (primary side) and the consumer side (secondary side) of the installation, with a cylindrical channel (7) which is closed at one or both ends (8, 10), with the feed and return (sections 2 and 6 respectively) on the primary side, at an axial distance from one another, leading into the channel (7), and the feed and return (sections 3 and 5 respectively) on the secondary side, at an axial distance from one another and at an angular distance from the feed and return (sections 2 and 6 respectively) on the primary side, likewise leading into the channel (7), and with a cylindrical piston-type slide valve (25) which is rotatably and axially displaceably arranged in the channel (7), characterized in that a section (5) on the primary or the secondary side is additionally connected through a branch line (19) to the channel (7) at a point which, in the axial direction, lies between the feed and the return (sections 3 and 5 respectively) on the primary or secondary side, and that the piston-type slide valve (25) is designed at least partly as a tube (27) with openings (28, 29, 30) in the tube wall which, with the piston-type slide valve (25) in the closed position, connect the section (5) to the other section (3) on the primary or secondary side through the branch line (19) and, in the open position, connect the feeds or returns of the primary side and the secondary side to one another.

Description: Schliess/Öffne- und Regulieranordnung für Wärmeaustauschanlagen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schliess/ Offne- und Regulieranordnung für Wärmeaustauschanlagen mit Vorlauf-und Rücklaufleitungen zwischen der Speiseseite (Primärseite) und Verbraucherseite (Sekundärseite). In Wärme/Kühlanlagen ist ein Schuntventil normalerweise angeordnet um die Wärme/Kälteseite von der Verbraucher seite zu trennen und um Möglichkeit zur Regulierung zu gewähren. Am öftesten ist das Schuntventil in das System in einer sogenannten Schuntkupplung eingebaut, wie sie im Prinzip in Fig. 1 dargestellt ist. Das Leitungssystem auf der Speiseseite der Schuntkupplung (für Wärme oder Kälte) wird gewöhnlich Primärkreis und auf der Verbraucherseite der Kupplung Sekundärkreis genannt. Der letztgenannte Kreis kann eine Mehrzahl von Verbrauchern umfassen. Wie gezeigt,ist die bekannte Kupplung mit einem Dreiwegventil versehen, welches von einem thermostatgesteuerten Motor in Übereinstimmung mit dem Wärme/ Kältebedarf in dem Sekundärkreis getrieben wird. Wenn kein Bedarf für Wärme/Kälte in dem Sekundärkreis vorliegt, soll das Dreiwegventil geschlossen sein, so dass keine Zirkulation in dem teitungssystem zwischen dem Primärkreis und dem Sekundärkreis vorliegt. Es hat sich jedoch gezeigt, dass eine Schuntkupplung mit nur einem Dreiwegventil nicht ausreicht um Wärmeverluste auf Grund der Strömungsleckagen zwischen den Kreisen zu hindern. Fig. 1 illustriert ein Beispiel unbeabsichtigter Zirkulation in einer Schuntkupplung. Um unbeabsichtigte Zirkulation zu verhindern, welche grosse Wärmeverluste zur Folge hat, kann eine weitere Schliesseinrichtung in dem Schuntkupplungskreis angeordnet werden. Eine solche Schliesseinrichtung kann aus einem kraftangetriebenen Schliessventil, einem magnetischen Ventil, einem Rückschlagventil, einem U-Rohr mit Flüssigkeitssperre u.a. bestehen. Ein Nachteil mit solchen weiteren Schliesseinrichtungen ist, dass nicht nur die Anlage teurer wird, aber diese Einrichtungen müssen auch individuell bedient werden, da sie gewögnlicherweise an dem normalen Regulierbetrieb nicht teilnemhen, weil die Regulierfunktion dem Dreiwegventil zugeteilt ist. Die Voraussetzung für den Regulierbetrieb ist,dass das Medium in dem Primärkreis und in dem Sekundärkreis zirkuliert und deshalb sind diese Kreise mit je einer Umlaufpumpe versehen. Ausserdem kann die Anlage weitere Schliessventile, Drosselventile, Kükenhähne, Thermometer usw. umfassen. Einige dieser Komponenten können auch innerhalb der Schuntkupplung angeordnet werden, zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf der Primärseite oder der Sekundär seite. Der Zweck der Erfindung ist eine Regulieranordnung zu schaffen, welche nicht nur Regulierfunktion besitzt, sondern auch als ein Schliessventil wirkt, und in der geschlossenen Stellung die Anlage gegen unbeabsichtigte Strömungsleckagen zwischen dem Primärkreis und dem Sekundärkreis sichert. Ein weiterer Zweck der Erfindung ist eine Regulieranordnung der genannten Art zu schaffen, welche sich leicht als eine kompakte Einheit bauen lässt, leicht zu montieren ist und verhältnismässig wenigen Raum fordert. Die Regulieranordnung gemäss der Erfindung zeichnet sich durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale aus. Die Erfindung soll nachstehend näher erläutert werden an Hand von Beispielen und den mitfolgenden Zeichnungen. Die Beispiele beziehen sich auf eine Wärmeanlage, es ist aber zu Der stehen, dass die Erfindung gleich gut für Kühlanlagen (z.B.mit Eiswasser als Kühlmedium) verwendbar ist. Fig. 1 illustriert die einleitungsweise erwähnte Schuntkupplung zwischen dem Primärkreis und dem Sekundärkreis einer Wärmeanlage. In Fig. 2 wird schematisch und zum Teil im Schnitt eine Regulieranordnung gemäss der Erfindung gezeigt, Fig. 3 ist ein Plan einer alternativen Anordnung der Kolbenschieberöffnungen. Fig. 4 zeigt eine alternative Ausbildung des den Zweigkanal umfassenden Teiles der Anordnung, Fig. 5 stellt eine weitere'Ausbildung desselben Teiles wie auf Fig. 4 dar, und Fig. 6 entspricht der Fig. 1, jedoch illustriert sie die Anordnung gemäss der Erfindung. Fig. 1 illustriert unbeabsichtigte Zirkulation in einer nur schematisch dargestellten Schuntkupplung bekannter Ausführung. Die Primärseite ist mit P bezeichnet, Sekundärseite mit S, Einlauf leitungen (Vorläufe) mit T und Rücklaufleitungen (Rückläufe) mit R und das Dreiwegventil mit V. Das Ventil wird von einem thermostatgesFeuerten Motor M angetrieben. Selbst wenn das Ventil geschlossen ist, entstehen Leckagenströme und eine Leckage Zirkulation in dem mit L vermerkten Teil der Kupplung mit der Folge, dass Gleichgewichtbedingungen im Primärkreis nicht eingestellt werden können, so dass ein kontinuierlicher Wärmeverlust entsteht. In Fig. 2 ist schematisch eine Ausführungform der Regulieranordnung gemäss der Erfindung dargestellt. Das Ventilelement der Anordnung führt nicht nur die Funktion eines Regulierventils (Dreiwegventil V) in der Schuntkupplung gemäss Fig. 1 aus, sondern es bewirkt eine vollständige strömungsmässige Abschliessung zwischen dem Sekundärkreis und dem Primärkreis, wenn das Ventilelement in die Schliessstellung gebracht worden ist. Die Anordnung umfasst zwei Rohrstücke 1 und 4, welche parallel in kleinem Abstand voneinander angeordnet sind. Auf einer Stelle zwischen den Enden der Rohrstücke 1 und 4 erstreckt sich ein Kolbenschieberrohr 7 und teilt (strömungsmässig) das Rohr 1 in zwei Rohrstücken 2 und 3 und das Rohr 4 in zwei Rohrstücken 5 und 6 auf, welche paarweise auf je einer Seite des Kolbenschieberrohrs7 sich befinden. Die Rohre 1, 4 und 7 befinden sich im grossem Ganzen in derselben Ebene und das Rohr 7 hat einen grösseren Durchmesser als die RDhre 1 und 2. Der eine Endteil 8 des Rohres 7 ragt ein kurzes Stück ausserhalb des Rohres 4 und ist mit einem Boden zugeschlossen, während der andere Endteil 10 des Rohres 7 wesentlich länger ist und ein offenes Ende auf weist, welches mit einer Verschraubung 11 geschlossen ist. Die Verschraubung hat eine Bohrung 12 mit einer Ringdichtung 13 zur Durchführung einer Kolbenstange 14, welche in der Bohrung 12 achsial verschoben und auch gedreht werden kann. In Praxis ist die Rohrkonstruktion aus Rohrstücken zusammengeschweisst und das Rohrstück 2 mündet mit seiner Öffnung 15 ein in das Rohr 7. Das Rohr 3 hat eine entsprechende Öffnung 16, während die Rohre 5 und 6 eine Öffnung 17 bzw. 18 aufweisen. Ein Zweigrohr 19 mit etwa demselbem Durchmesser wie das Rohr 5 verläuft schräg zwischen dem Rohrstück 5 und einer Stelle des Kolbenschieberrohres 7 etwa in der Mitte zwischen den Rohren 3 und 4. Das Zweigrohr 19 verbindet das Rohr 5 mit dem Rohr 7 durch Öffnungen 20 und 21. Das Zweigrohr 19 ist mit einem angeschweissten Ansatz 22 versehen, für eventuelle Ausbohrung für Montierung eines Kükenhahnes, Drosselventils, Schliessventils o.d. Ein Verbindungsrohr 23 erstreckt sich zwischen den Rohrstücken 2 und 4 und verbindet diese miteinander. Das Rohrstück 23 ist in der Mitte mit einem Kükenhahn 24 oder einem Schliessventil versehen. In dem Schieberrohr 7 ist drehbar und verschiebbar ein Kolbenschieber 25 angeordnet, welcher fest mit der Kolbenstange 14 verbunden ist. Der Schieber hat einen geschlossenen Endteil 26, welcher, wenn der Schieber in Schliessstellung ist (ganz links in Fig. 2), sich etwa von dem Boden der Rohrverlängerung 8 zu einer Stelle in kleinem Abstand von der Kante der Öffnung 21 erstreckt. Die Kolbenstange 14 ist an diesem kompakten Teil des Kolbenschiebers befestigt. Der übrige Teil 27 des Kolbenschiebers ist als ein Rohr mit offenen Ende an der Kolbenstangseite ausgebildet und erstreckt sich in der genannten Stellung ein kleines Stück an der Rante der Öffnungen 15 oder 16 in dem Rohr 2 bzw. 3 vorbei, wie in Fig. 2 dargestellt. Der rohrformige Teil 27 des Schiebers 25 ist mit einem bis drei Sätzen Öffnungen 28,29,30 ausgeführt. Fig. 4 zeigt die Schieberfläche mit drei Sätzen Öffnungen und in abgewickeltem Zustand. Für die Ausführung gemäss Fig. 2 ist die Schieberfläche vermerkt mit A,B,C,D. Der Offnungssatz 28 umfasst drei längliche, vierkantige Offnungen, welche einzeln mit der Öffnung 16 des Rohrstückes 3 zusammenwirken. Der Öffnungssatz 29 umfasst drei keilförmige oder dreikantförmige Öffnungen, welche den zuerst genannten Öffnungen diametral entgegengesetzt angeordnet sind und welche mit der Öffnung 15 des Rohrstückes 2 zusammenwirken. Die Öffnungen sind in der Öffnungsrichtung des Kolbenschiebers für Erreichen einer feinregulierten Durchströmung zugespitzt. Der Offnungssatz 30 umfasst drei dreikantförmige Öffnungen, welche auf etwa derselben Generatrix wie die Öffnungen in den Öffnungssatz 28 angeordnet sind. Ihre Spitzen sind in der Schliessrichtung des Schiebers gerichtet. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist die Länge der Öffnungen 28 so angepasst, dass diese Öffnungen in jeder Stellung des Kolbenschiebers mit der Öffnung 16 des Rohrstücks 3 in Verbindung stehen. Die Öffnungen 30 sind voll geöffnet, wenn sie sich unmittelbar gegenüber der Öffnung 21 des Zweigrohres 29 befinden. In der letztgenannten Stellung befinden die Öffnungen 29 sich ausserhalb des Bereiches der Öffnung 15 des Rohrstückes 2. Die Öffnungen 29 sind voll geöffnet, wenn der Kolbenschieber befindet sich in der Öffnungsstellung. Der geschlossene Endteil 26 des Kolbenschiebers dient zur allmählichen oder gradweise Öffnung und Schliessung der Öffnungen 17,18 in dem Rohrstück 5 bzw. 6. Die Gestaltung der Schieberöffnungen kann von den oben erläuterten Ausführungen verschieden sein. Es ist sogar möglich, die Öffnungen zirkelkreisformig zu gestalten. Auch kann eine z.B. vierkantige Öffnung mit mehreren runden Öffnungen ersetzt werden. Wie erwähnt ist die Ventilanordnung in Fig. 2 in Schliessstellung gezeigt. Man kann annehmen, dass das Rohr 1 der Vorlauf leitung und das Rohr 4 der Rücklaufleitung zugehört, so dass die Rohrstücke 2 und 4 dem Primärkreis und die Rohrstücke 3 und 5 dem Sekundärkreis zugehören. Weiter wird angenommen, dass der Kükenhahn 24 offen steht. Wenn der Kolbenschieber sich in der genannten Stellung befindet, ist der Vorlauf blockiert bei 15 und der Rücklauf ist blockiert bei 17 und 18. Eine Verbindung besteht zwischen dem Lauf 5 und dem Lauf 3 durch das Zweigrohr 19, eine der Öffnungen 30, das Innere des Schiebers und eine der Öffnungen 28. Auf diese Weise ist der Sekundärkreis von dem Primärkreis hydraulisch isoliert. In dem Primärkreis besteht die Verbindung zwischen dem Hinlauf 2 und dem Rücklauf 6. Eventuell kann in bestimmten Systemen der Kükenhahn geschlossen bleiben. Die Anordnung von Küchenhahn ist jedoch für diese Erfindung nicht wesentlich und dasselbe gilt das Rohrstück 23. Es ist aber verständlich, dass die Gegenwart dieser Elemente in der Anordnung die Meglichkeiten der Verwendung der Anordnung in ungleichen Reguliersystemen wesentlich verbessert. Wenn der Kolbenschieber sich zur Öffnungsstellung, d.h. nach rechts gemäss Fig. 1, bewegt, wird die Öffnung 29 allmählich geöffnet und die Öffnung 21 allmählich geschlossen, während die Verbindung zwischen den Rohröffnungen 17 und 18 verhältnismässig rasch geöffnet wird. Die Durchströmung wird durch das Axialverschieben des Kolbenschiebers reguliert. Die Kolbenstange 14 ist in Treibverbindung mit einer kraftgetriebenen Einrichtung, welche den Schieber axial verschiebt. Durch das Drehen des Kolbenschiebers von Hand kann die Kapazität des Ventils und die Regulierfähigkeit desselben durch die Wahl der Öffnungen in den drei Öffnungssätzen 28,30,29 gewählt werden. Die drehbare Wähleinrichtung für die Öffnungsgrösse macht die Regulieranordnung sehr verwendbar. In Fig. 4 ist eine andere Ausführung des Endteils 126 des Kolbenschiebers 125 und des anliegenden Bereiches der Regulieranordnung gezeigt. Dieselben Bezugziffern werden verwendet wie in Fig. 2 jedoch mit der Präfixe 100. Wie gezeigt ist der Rohrlauf 105 schräg in das Schieberrohr 107 eingeführt und verläuft parallel mit dem Zweiglauf 119. Der andere Rohrlauf 106 ist ein Stück vorbei an der Achse des Schieberrohres 107 geführt und der Endteil des Schieberrohres 107 mündet hier ein in das Rohr 106, welches in diesem Fall als ein kegelformigs Ventilsitz 108 gestaltet ist. Der Endteil 126 des Kolbenschiebers ist mit einem Endkegel geformt, welcher mit dem Ventilsitz 108 zusammenwirkt. Auf diese Weise wird eine dichtere Abschliessung erreicht und ausserdem eine alamehliche Offnung für den Mediumstrom durch die Rohre 105 und 106. Fig. 5 zeigt noch eine Gestaltung, wobei das Kolbenschieberrohr 207 ausserhalb der Rohre 205, 206 bedeutlich verlängert ist, so dass eine Rohrbüchse 208 als Führung für die Verlängerung 226 des Kolbenschiebers gebildet ist. Diese Verlängerung ist mit einem Satz von Öffnungen 240 versehen, wie in dem Plan in Fig. 3 mit A,D,E,F,illustriert. Die totale Schieberfläche wird in diesem Fall durch das Viereck B,C,E,F repräsentiert. Der Nachteil dieser Ausführung ist die Vergrösserung der Baulänge der Anordnung. Der Vorteil dagegen ist eine sehr zuver lässige Steuerung des Kolbenschiebers. Die Anordnung gemäss der Erfindung ist nicht auf die in den Zeichnungen dargestelltv und voran beschriebenenAusführungs- formen beschränkt. Wie- bereits gezeigt kann die Form des Kolbenschiebers und der Rohrstücke verschieden sein. Wie angedeutet kann z.B. das Zweigrohr 19 mit einem extra Ventil versehen werden, wenn erwünscht. Das Zweigrohr kann irgendwie gestaltet werden(z.B. als ein Rohrbogen) und es kann sich sowohl auf der Primärseite wie auf der Sekundärseite befinden, weil dieselben miteinander verwendet werden,abhängig davon in was für eine Anlage die Anordnung montiert wird. Die Rohrstücken 2,3 5,6 brauchen nicht in derselben Ebene zu liegen, wenn sie es aber nicht tun, muss die Offnungsebene für die Öffnungen des Kolbenschiebers entsprechend gewandert werden. Wenn der Kolbenschieber viele Öffnungen hat, welche auf dem Umkreis angeordnet sind, wie Fig. 3 dargestellt, muss die Erstreckung der Öffnungen , z.B. 15,16,17,18, in der Umkreisrichtung entsprechend begrenzt werden, damit nur eine Öffnung des Kolbenschiebers jeweils mit der entsprechenden Öffnung des Schieberrohres zusammenwirkt. Die Regulieranordnung braucht nicht aus Rohren hergestellt zu sein. Sie kann auch als ein Gussstück mit Leitungskanälen und einem zylindrischen Kanal für dem Kolbenschieber hergestellt werden. Eine Kombination von Rohren und gegossenen Material, z.B. Leichtmetall oder Kunststoff, kann auch aktuell sein, insbesondere für Kühlanlagen. Wie bereits erwähnt können die Kolbenschieberöffnungen anderen Umriss haben als in Fig. 1 gezeigt. Die Kolbenstange kann gegebenenfalls durch das andere, entgegengesetzte Rohr Ende (9) als gezeigt durchgeführt werden, während das erste Rohrende (10) geschlossen bleibt.

Claims: Patentansprüche 1. Schliess-/Öffne-- I,nd Regulieranordnung für Wärmeaustausch Anlagen mit Vorlauf- und Rücklaufleitungen zwischen der Speise- seite Primärseite) und der Verbraucherseite (Sekundärseite) der Anlage, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung einen zylindrischen Kanal (7) umfasst, welcher an einem oder, beiden Enden geschlossen ist und einen zylindrischen Kolbenschieber (25) enthält, welcher in dem zylindrischen Kanal (7j drehbar und axial verschiebbar angeordnet ist, dass der Vorlauf und der Rücklauf (2 bzw. 6) auf der Primärseite im - Axialabstand voneinander in den Kanal (7) einmünden, und der Vorlauf und der Rücklauf (3 bzw. 5) auf der Sekundärseite ebenfalls in den Kanal (7) im axialen Abstand voneinander und im peripherischen Abstand von den Läufen auf der Primärseite einmünden, dass ein Lauf (5) auf der Sekundärseite durch einen Zweiglauf (19) zusätzlich mit dem Kanal (7) auf einer Stelle, welche in der Axialrichtung zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf auf der Sekundärseite liegt, verbunden ist, und dass der Kanal (7) Öffnungen (28,29,30) und/oder Läufe aufweist, welche mit dem Kolbenschieber in geschlossener Stellung den genannten Lauf (5) durch den Zweiglauf (19) mit dem anderen Lauf (3) auf der Sekundär seite verbinden und in offener Stellung die Vorläufe bzw. Rückläufe der beiden Seiten (Primärseite und Sekundärseite) miteinander verbinden. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der drehbare und axial verschiebbare Kolbenschieber (25) mindestens teilweise als ein Rohr (27) gestaltet ist, welches mit einemodermehreren Sätzen von in der Umkreisrichtung voneinander getrennten Öffnungen (28,29,30,240) versehen ist, welche Öffnungen durch das Innere des Kolbenschiebers (25) miteinander verbunden sind, und wobei die einzelnen offnungssätze Öffnungen mit verschiedener Form und/oder Durchströmungsquerschnitt haben können (Fig.3). 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der geschlossene Endteil des Kolbenschiebers durch AKial- verschiebung des Schiebers die Verbindung zwischen zwei HinlAufen oder Rückläufen (5 bzw.6) öffnet bzw. schliesst. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass einer (106) der zwei Läufe auf der Primärseite axial in den Endteil des zylinderformigen Kanals (107) mündet, wobei die Laufmündung als ein Ventilsitz (108) gestaltet ist, für Anlage mit dem Endteil (126) des Kolbenschiebers als Ventilkörper. 5. Anordnung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass manche der Öffnungen (29,30) keilformig in Axialrichtung gestaltet sind, für allmähliche Offnung/Schliessung durch Axialverschiebung des Kolbenschiebers. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass alle Laufachsen (für 2,3,5,6,7,19) in einer gemeinsamen Ebene liegen. 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vor- und Rückläufe (2,6) auf der Seite der Regulieranordnung, welche zinken Zweiglauf (19) umfasst,mittels eines By-Pass-Kanals (23), welcher mit einem Schliessventil (24) versehen ist, ausserhalb des zylindrischen Kanals (7) miteinander verbunden sind. 8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zweiglauf (19) mit einem Drosselventil (22) versehen ist.

Inventors: SVENSSON, ARNE
Applicants: SVENSSON, ARNE
Application year: 1983
Main classification: F16K11
IPC codes: F16K11