КЛАПАН И ТЕРМОСТАТНАЯ ГОЛОВКА ДЛЯ ТЕРМОСТАТА ТЕПЛООБМЕННИКА, ТЕРМОСТАТ ТЕПЛООБМЕННИКА
VALVE AND THERMOSTATIC HEAD FOR HEAT EXCHANGER THERMOSTAT, HEAT EXCHANGER THERMOSTAT

Данное изобретение относится к клапану для термостата теплообменника, содержащему впускное отверстие, выпускное отверстие, седло клапана, расположенное между впускным отверстием и выпускным отверстием, и клапанный элемент, взаимодействующий с седлом клапана и выполненный с возможностью приведения в действие штоком клапана.
Кроме того, данное изобретение относится к термостатной головке для термостата теплообменника, содержащей температурно-зависимые приводные средства для приведения в действие клапана в зависимости от окружающей температуры термостатной головки.
Кроме того, данное изобретение относится к термостату теплообменника, содержащему клапан и термостатную головку, причем клапан содержит впускное отверстие, выпускное отверстие, седло клапана, расположенное между впускным отверстием и выпускным отверстием, и клапанный элемент, взаимодействующий с седлом клапана и выполненный с возможностью приведения в действие штоком клапана, а термостатная головка содержит температурно-зависимые приводные средства для приведения в действие клапана в зависимости от окружающей температуры термостатной головки.
В патентном документе DE 33 45 511 С2 раскрывается устройство для ограничения конвективного теплообмена в термостатную головку из текучей среды, проходящей через клапан. Чтобы ограничить конвективный теплообмен между клапаном и термостатной головкой, между клапаном и термостатной головкой установлен кольцевой диск, отклоняющий нагретый воздух от термостатной головки.
Из патентного документа US 6427712 В1 известен исполнительный механизм для управления пробкой защиты от замерзания с целью опорожнения поддона конденсатосборника через сливное отверстие, если окружающая температура достигает точки замерзания. В вышеуказанном документе описан исполнительный механизм из сплава с памятью формы, который реагирует на изменения окружающей температуры, и в котором установлена цилиндрическая пружина из сплава с памятью формы (SMA).
В патентном документе DE 102008018639 А1 рассматривается термостатический регулятор, в котором из сплава с памятью формы образован приводной элемент, зависящий от окружающей температуры. Этот элемент заменяет гофрированную мембрану, обычно используемую для приведения в действие клапанного элемента в зависимости от окружающей температуры термостатной головки.
В патентном документе DE 102008063534 А1 рассматривается пружинный элемент, выполненный из сплава с памятью формы и зависящий от температуры нагревательного элемента с электрическим управлением.
Известная проблема, связанная с термостатами теплообменников, состоит в том, что на температурно-зависимые приводные средства для приведения в действие клапана в зависимости от окружающей температуры термостатной головки влияет температура текучей среды, регулируемая при помощи этого клапана. Таким образом, температурно-зависимые приводные средства для приведения в действие могут приводить в действие клапан, чтобы уменьшить поток текучей среды, до того, как будет фактически достигнута необходимая окружающая температура. Из-за этого, например, температура в помещении может быть неадекватно низкой.
Задача данного изобретения состоит в том, чтобы создать термостат теплообменника, содержащий клапан и термостатную головку, а также клапан и термостатную головку, которые обеспечивают возможность подходящего регулирования окружающей температуры.
Задача изобретения решается посредством клапана для термостата теплообменника, содержащего впускное отверстие, выпускное отверстие, седло клапана, расположенное между впускным отверстием и выпускным отверстием, и элемент, взаимодействующий с седлом клапана и выполненный с возможностью приведения в действие штоком клапана, причем клапан отличается тем, что на клапане или внутри него установлены термочувствительные средства, влияющие на характеристики дросселирования клапана в зависимости от температуры текучей среды, регулируемой клапаном.
Кроме того, задача изобретения решается посредством термостатной головки для термостата теплообменника, содержащей температурно-зависимые приводные средства для приведения в действие клапана в зависимости от окружающей температуры термостатной головки, отличающейся тем, что на термостатной головке или внутри термостатной головки установлены термочувствительные средства, влияющие на характеристики дросселирования клапана в зависимости от температуры текучей среды, регулируемой клапаном.
Кроме того, задача изобретения решается посредством термостата теплообменника, содержащего клапан и термостатную головку, причем клапан содержит впускное отверстие, выпускное отверстие, седло клапана, расположенное между впускным отверстием и выпускным отверстием, и клапанный элемент, взаимодействующий с седлом клапана и выполненный с возможностью приведения в действие штоком клапана, а термостатная головка содержит температурно-зависимые приводные средства для приведения в действие клапана в зависимости от окружающей температуры термостатной головки, при этом термостат теплообменника отличается тем, что на клапане или внутри него, и/или на термостатной головке, или внутри неё установлены термочувствительные средства, влияющие на характеристики дросселирования клапана в зависимости от температуры текучей среды, регулируемой клапаном.
Если на клапане или внутри клапана, и/или на термостатной головке, или внутри термостатной головки установлены термочувствительные средства, влияющие на характеристики дросселирования клапана в зависимости от температуры текучей среды, регулируемой клапаном, то обеспечивается возможность адекватного управления окружающей температуры. Например, термочувствительные средства могут быть выполнены с возможностью влияния на эффективную длину клапанного элемента в зависимости от температуры текучей среды, или термочувствительные средства могут быть выполнены с возможностью влияния на силу, приводящую в действие клапанный элемент в зависимости от температуры текучей среды. Это означает, что данное изобретение позволяет влиять на характеристики дросселирования клапана, которые могут быть искажены из-за теплообмена между текучей средой, регулируемой при помощи этого клапана, и температурно-зависимыми приводными средствами для приведения в действие клапана.
Соответственно, такая коррекция обеспечивается при помощи термочувствительных средств в зависимости от температуры текучей среды, регулируемой клапаном. Благодаря этому по сравнению с обычными средствами, в которых таких термочувствительных средств нет, поток текучей среды через клапан может поддерживаться на более высоком уровне в течение длительного времени, несмотря на то, что температурно-зависимые приводные средства для приведения в действие клапана в зависимости от окружающей температуры термостатной головки вследствие нежелательного теплообмена подвергаются воздействию повышенных температур текучей среды, регулируемой клапаном. Таким образом, так как окружающая температура все еще может повышаться, хотя температурно-зависимые приводные средства для приведения в действие уже действуют, чтобы уменьшить количество текучей среды, текущей через клапан, при необходимости может быть установлена подходящая окружающая температура.
Следует учитывать, что в контексте данного изобретения термочувствительные средства преимущественно зависят от температуры текучей среды, регулируемой клапаном, при этом эта температура текучей среды предпочтительно передает по меньшей мере 50% всей температуры, передаваемой на термочувствительные средства. Это означает, что источники окружающей температуры или другие источники температуры, например электрический источник температуры, имеющийся в клапане, влияют на термочувствительные средства лишь в небольшой степени. Предпочтительно термочувствительные средства зависят от температуры текучей среды, регулируемой клапаном, более чем на 75%, более чем 90%, наиболее предпочтительно более чем на 99%. В последнем случае термочувствительные средства предпочтительно могут хорошо экранироваться внутри клапана от большинства источников температуры, за исключением текучей среды, регулируемой клапаном.
Предпочтительно термочувствительные средства выполнены с возможностью влияния на эффективную длину клапанного элемента в зависимости от температуры текучей среды. Это приводит к тому, что повышенный поток может сохраняться в течение продолжительного периода времени, хотя температурно-зависимые приводные средства для приведения в действие клапана в зависимости от окружающей температуры термостатной головки уже дросселируют текучую среду, чтобы уменьшить поток в клапане. Например, при превышении определенной температуры текучей среды может быть уменьшена эффективная длина клапанного элемента. Предпочтительно ниже данной определенной температуры текучей среды элемент имеет большую эффективную длину, чем при температуре текучей среды, лежащей выше этой определенной температуры. Это может быть предпочтительным, так как сравнительно горячая текучая среда может легче деформировать температурно-зависимые приводные средства для приведения в действие из-за повышенного теплообмена по сравнению с относительно холодной текучей средой. Так, в случае, если термочувствительные средства выполнены с возможностью влияния на эффективную длину элемента в зависимости от температуры текучей среды, тепловое воздействие текучей среды на температурно-зависимые приводные средства предпочтительным образом может быть компенсировано.
В предпочтительном варианте осуществления термочувствительные средства расположены внутри клапанного элемента. В этом случае является предпочтительным, чтобы элемент содержал по меньшей мере две отдельные детали. В этом случае термочувствительные средства, в зависимости от температуры текучей среды, регулируемой клапаном, могут устанавливать расстояние между этими отдельными деталями. Например, клапанный элемент может содержать первую дросселирующую деталь и вторую дросселирующую деталь, причем первая дросселирующая деталь соединена со штоком клапана и расположена между штоком клапана и второй дросселирующей деталью. В этом случае является предпочтительным, чтобы термочувствительные средства были расположены между первой дросселирующей деталью и второй дросселирующей деталью клапанного элемента. В одном из вариантов осуществления термочувствительные средства окружены резиновым элементом, расположенным внутри клапанного элемента, чтобы растягивать резиновый элемент в зависимости от температуры текучей среды. Предпочтительно термочувствительные средства уменьшают протяженность клапанного элемента вдоль оси штока клапана, если превышена определенная температура текучей среды. Благодаря этому можно предпочтительным образом влиять на эффективную длину элемента.
Является предпочтительным, чтобы термочувствительные средства были расположены между клапанным элементом и штоком клапана. Таким образом, предпочтительно клапанный элемент и шток клапана представляют собой отдельные детали. В этом случае термочувствительные средства могут быть помещены между этими деталями, чтобы устанавливать расстояние между клапанным элементом и штоком клапана в зависимости от температуры текучей среды, регулируемой клапаном. Таким образом, например, если температура текучей среды, регулируемой клапаном, превышает определенную величину, то расстояние между элементом и штоком клапана может быть уменьшено. Сравнительно высокая температура текучей среды может влиять на температурно-зависимые приводные средства, чтобы уменьшить поток текучей среды через клапан, но когда в свою очередь уменьшается эффективная длина элемента, фактический поток текучей среды может быть сохранен на более высоком уровне в течение продолжительного периода времени.
Предпочтительно термочувствительные средства установлены на седле клапана. В этом случае термочувствительные средства могут обеспечивать увеличенный поток текучей среды через клапан, даже если температурно-зависимые приводные средства, деформированные температурой текучей среды, регулируемой клапаном, уже приводят в действие клапан, чтобы уменьшить поток текучей среды. Например, термочувствительные средства при превышении определенной температуры могут увеличивать поперечное сечение в клапане. В еще одном варианте осуществления чувствительные средства могут препятствовать тому, что клапанный элемент уменьшает поток текучей среды через клапан, если температура текучей среды превышает определенное значение, так что термочувствительные средства механически препятствуют приведению в действие клапанного элемента за пределами определенной эффективной длины. Таким образом, поток текучей среды через клапан может быть сохранен на увеличенном уровне даже при повышенных температурах текучей среды. Например, термочувствительные средства при превышении определенной температуры текучей среды могут препятствовать перемещению клапанного элемента.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения термочувствительные средства выполнены с возможностью влияния на силу, приводящую в действие клапанный элемент, в зависимости от температуры текучей среды. Таким образом, может быть установлено равновесие сил между термочувствительными средствами и температурно-зависимыми приводными средствами, что делает возможным сохранение увеличенного потока текучей среды через клапан, хотя температурно-зависимые приводные средства, деформированные температурой текучей среды, управляемой клапаном, прикладывают сравнительно большую силу, чтобы уменьшить поток текучей среды через клапан. Сила, обеспечиваемая при температуре выше определенной температуры текучей среды, предпочтительно на 3-10 Н больше силы, обеспечиваемой ниже этой температуры. Предпочтительно эта сила увеличивается при температуре выше 40°С, более предпочтительно выше 55°С. Предпочтительно эта сила остается постоянной при температуре выше 65°С, более предпочтительно выше 70°С, наиболее предпочтительно выше 75°С.
В предпочтительном варианте осуществления термочувствительные средства расположены между упругим возвращающим средством для клапанного элемента и седлом возвращающего средства. Предпочтительно упругое возвращающее средство представляет собой пружину, наиболее предпочтительно цилиндрическую пружину. Является предпочтительным, чтобы возвращающее средство коаксиально окружало шток клапана. Если термочувствительные средства расположены между упругим возвращающим средством для клапанного элемента и седлом возвращающего средства, термочувствительные средства при температуре выше определенной температуры текучей среды могут увеличивать возвращающую силу, созданную возвращающим средством и направленную против приводного усилия, прикладываемого температурно-зависимыми приводными средствами. Таким образом, создают баланс сил или воздействуют на него так, что этот баланс сил предотвращает снижение потока текучей среды внутри клапана прежде, чем фактически будет достигнута необходимая окружающая температура.
Является предпочтительным, чтобы термочувствительные средства образовывали упругое возвращающее средство для клапанного элемента.
Такое решение может представлять собой очень удобный способ осуществления термочувствительных средств внутри клапана. Предпочтительно термочувствительные средства могут заменить упругое возвращающее средство, изготовленное из термонечувствительного материала. В некоторых вариантах осуществления термочувствительные средства применяют дополнительно к упругому возвращающему средству, изготовленному из термонечувствительного материала. Таким образом, например, могут иметься две цилиндрические пружины. В этом случае предпочтительно одна пружина изготовлена из термочувствительного материала, тогда как вторая пружина изготовлена из термонечувствительного материала. При повышенных температурах текучей среды, регулируемой клапаном, термочувствительные средства могут обеспечивать увеличенную возвращающую силу, направленную против силы, созданной температурно-зависимыми приводными средствами для приведения в действие клапана. Таким образом, увеличенный поток текучей среды, регулируемой клапаном, может быть сохранен в течение продолжительного периода времени.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения термочувствительные средства содержат сплав с памятью формы и/или биметалл. В еще более предпочтительном варианте осуществления термочувствительные средства содержат сплав с памятью формы. В еще одном варианте осуществления термочувствительные средства содержат биметалл. Такие материалы могут быть наиболее пригодными для конструирования термочувствительных средств, чтобы сделать возможным влияние на характеристики дросселирования клапана в зависимости от температуры текучей среды, регулируемой клапаном. В одном из предпочтительных вариантов осуществления сплав с памятью формы представляет собой никелид титана, сплав на основе меди, железа и т.п., или на основе пластика с памятью формы. Биметаллические материалы могут быть выбраны из любых известных комбинаций двух металлов.
Является предпочтительным, чтобы термочувствительные средства содержали распорный диск и/или цилиндрическую пружину. Такие распорные диски или цилиндрические пружины могут быть легко изготовлены из предпочтительных материалов, например из сплавов с памятью формы или биметаллов. Кроме того, они могут обеспечивать возможность компактной конструкции клапана или термостата теплообменника в целом. Является предпочтительным, чтобы термочувствительные средства представляли собой пружину сжатия. Наиболее предпочтительно термочувствительные средства представляют собой пружину сжатия, образованную из сплава с памятью формы.
Является предпочтительным, чтобы термочувствительные средства обеспечивали первую силу при первой температуре и вторую силу при второй температуре, причем первая сила меньше второй силы, а первая температура ниже второй температуры. Например, при сравнительно низкой температуре текучей среды, регулируемой клапаном, термочувствительные средства обеспечивают сравнительно небольшую первую силу. В этом случае термочувствительные средства выполнены с возможностью обеспечения сравнительно большой второй силы, если текучая среда, регулируемая клапаном, достигает сравнительно высокой температуры. Этим обеспечивается преимущество, заключающееся в том, что, если текучая среда имеет высокую температуру и существует высокий риск деформации температурно-зависимых приводных средств посредством температуры текучей среды, регулируемой клапаном, термочувствительные средства могут обеспечивать сравнительно большую вторую силу, направленную против приводного усилия, создаваемого температурно-зависимыми приводными средствами. Таким образом, можно влиять на характеристики дросселирования клапана, чтобы сохранить сравнительно высокий поток текучей среды через клапан, даже если температурно-зависимые приводные средства обеспечивают увеличенное приводное усилие для уменьшения потока через клапан. Таким образом, может быть достигнуто подходящее регулирование окружающей температуры.
Например, термочувствительные средства могут обеспечивать первую силу 20 Н, если температура текучей среды, регулируемой клапаном, составляет 50°С. Предпочтительно термочувствительные средства могут обеспечивать вторую силу 27 Н, если температура текучей среды, регулируемой клапаном, составляет 70°С. В некоторых вариантах осуществления вторая сила может оставаться постоянной при температуре текучей среды выше 70°С, предпочтительно выше 72°С, наиболее предпочтительно выше 75°С. В других вариантах осуществления вторая сила при температурах выше 70°С, например 72°С, может даже уменьшаться. Например, вторая сила может уменьшаться до силы, обеспечиваемой первой силой. Предпочтительно это небольшое изменение силы может вызывать отжатие штока термостата от клапана. Таким образом, клапанный элемент может закрывать клапан позже, так что повышенная окружающая температура может быть достигнута заблаговременно. Первая сила и вторая сила предпочтительно являются возвращающими силами, направленными против приводного усилия. Кроме того, эти силы могут представлять собой силы, устанавливающие расстояние между деталями клапана или термостатной головки, например, между деталями клапанного элемента или между элементом и штоком клапана.
В некоторых вариантах осуществления при температуре ниже нижней граничной температуры текучей среды термочувствительные средства не влияют на силу, приводящую в действие клапанный элемент. Таким образом, до нижней граничной температуры текучей среды термочувствительные средства предпочтительно не обеспечивают силы, действующей против приводного усилия, причем предпочтительно эта противодействующая сила представляет собой возвращающую силу. Предпочтительно в диапазоне температур текучей среды между нижней граничной температурой текучей среды и верхней граничной температурой текучей среды термочувствительные средства обеспечивают силу, противодействующую приводному усилию, таким образом противодействуя приведению в действие клапанного элемента. Является предпочтительным, чтобы выше верхней граничной температуры текучей среды термочувствительные средства не обеспечивали силы, противодействующей приводному усилию. Предпочтительно нижняя граничная температура текучей среды составляет менее 70°С, более предпочтительно менее 60°С, более предпочтительно менее 55°С, более предпочтительно 50°С, более предпочтительно 45°С и даже более предпочтительно менее 40°С. С другой стороны, нижняя предельная граничная температура текучей среды предпочтительно составляет более 35°С, предпочтительно более 45°С, предпочтительно более 55°С, предпочтительно более 65°С. Предпочтительно верхняя граничная температура текучей среды составляет менее 100°С, более предпочтительно менее 90°С, более предпочтительно менее 80°С, более предпочтительно 70°С, наиболее предпочтительно менее 60°С. Предпочтительно верхняя предельная граничная температура текучей среды составляет более 55°С, предпочтительно более 65°С, предпочтительно более 75°С, предпочтительно более 85°С и предпочтительно более 95°С. Предпочтительные нижние граничные температуры текучей среды составляют 52 или 55°С. Предпочтительные верхние граничные температуры текучей среды составляют 68, 70 или 72°С. Является предпочтительным, чтобы изменение противодействующей силы происходило между нижней граничной температурой текучей среды и верхней граничной температурой текучей среды. Предпочтительно противодействующая сила постоянна при температуре ниже и вплоть до нижней граничной температуры текучей среды. Предпочтительно противодействующая сила постоянна при температуре не ниже верхней граничной температуры текучей среды. Является наиболее предпочтительным, чтобы изменений силы не было при температуре ниже 52°С и выше 72°С. Может существовать гистерезис, относящийся к нижней граничной температуре текучей среды и верхней граничной температуре текучей среды, так что по меньшей мере одна из этих температур изменяется от фазы увеличивающейся температуры текучей среды до фазы уменьшающейся температуры текучей среды. Предпочтительно этот гистерезис составляет не более ±5°С для одной из граничных температур текучей среды, предпочтительно для обеих температур. Является предпочтительным, чтобы нижняя граничная температура текучей среды представляла собой первую температуру. Является предпочтительным, чтобы верхняя граничная температура текучей среды представляла вторую первую температуру. Предпочтительно изменение силы составляет от 5 до 10 Н.
В предпочтительном варианте осуществления термочувствительные средства обеспечивают первую силу в первом диапазоне температур и вторую силу, отличную от первой силы, во втором диапазоне температур, причем переход от первой силы ко второй силе происходит при температуре текучей среды от 40 до 90°С. Как указано выше, повышенная температура текучей среды также увеличивает риск искажения действия окружающей температуры на температурно-зависимые приводные средства для приведения в действие клапана. Таким образом, предпочтительно увеличить влияющую силу термочувствительных средств, если существует повышенный риск того, что имеется повышенное приводное усилие, обеспечиваемое температурно-зависимыми приводными средствами на основе температуры текучей среды, регулируемой клапаном. Предпочтительно этот переход происходит при температуре более 45°С, предпочтительно при температуре более 50°С, предпочтительно более 60°С, предпочтительно более 70°С. Предпочтительно, чтобы этот переход происходил при температуре ниже 50°С, предпочтительно ниже 60°С, предпочтительно ниже 80°С, предпочтительно ниже 85°С. В наиболее предпочтительном варианте осуществления данного изобретения переход от первой силы ко второй силе происходит при 55°С. Предпочтительно, чтобы первая сила была меньше второй силы. Тем не менее первая сила может быть больше второй силы, например, если эффективная длина клапанного элемента должна уменьшаться при высоких температурах. В этом случае меньшая вторая сила может устанавливать уменьшенные расстояния между деталями. Эта сила, например, опять может представлять собой возвращающую силу или силу, устанавливающую расстояние между деталями.
Следует отметить, что с соответствующими изменениями вышеописанные термочувствительные средства также могут иметься внутри термостатной головки или на термостатной головке для термостата теплообменника. Таким образом, вышеописанные предпочтительные варианты осуществления термочувствительных средств в клапане применимы также к термочувствительным средствам, имеющимся внутри термостатной головки или на термостатной головке для термостата теплообменника.
В предпочтительном варианте осуществления термостата теплообменника клапан и термостатная головка образуют интегральный модуль. Это означает, что клапан и термостатная головка не могут быть разделены пользователем. Например, клапан и термостатная головка соединены посредством единого штока клапана, предотвращающего отделение термостатной головки от клапана.
Предпочтительно, чтобы термочувствительные средства в термостате теплообменника были установлены как внутри клапана, так и внутри термостатной головки, влияя на характеристики дросселирования клапана в зависимости от температуры текучей среды, регулируемой клапаном. Если термочувствительные средства имеются как в клапане, так и в термостатной головке, то каждые из соответствующих средств термостата теплообменника могут быть выполнены с возможностью обеспечения уменьшенной силы, в то время как общая сила всех термочувствительных средств остается постоянной. Благодаря этому могут упростить изготовление термостата теплообменника.
Ниже изобретение описано посредством предпочтительных вариантов его осуществления, показанных на прилагаемых чертежах, на которых изображено следующее.
Фиг. 1 представляет собой изображение термостата теплообменника, клапана и термостатной головки в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения.
Фиг. 2а и 2b представляют собой изображение клапанного элемента в клапане в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения.
Фиг. 3а и 3b представляют собой изображение клапанного элемента в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения.
Фиг. 4а и 4b представляют собой изображение клапана в соответствии с четвертым вариантом осуществления изобретения.
Фиг. 5а и 5b представляют собой изображение клапана в соответствии с пятым вариантом осуществления изобретения.
Фиг. 6а и 6b иллюстрируют баланс сил в вариантах осуществления изобретения.
Фиг. 7 представляет собой изображение примерного варианта осуществления термочувствительных средств в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения.
Фиг. 8 иллюстрирует примерную зависимость между температурой текучей среды и силой, создаваемой термочувствительными средствами в примере осуществления данного изобретения.
Фиг. 9 иллюстрирует вариант осуществления изобретения, в котором пружина из сплава с памятью формы объединена с термочувствительными возвращающими средствами.
Ссылочные позиции в нижеследующем подробном описании предпочтительных вариантов осуществления изобретения применяются для удобства чтения прилагаемой формулы изобретения. Эти ссылочные позиции никоим образом не носят ограничительного характера. Кроме того, следует учитывать, что описываемые предпочтительные варианты осуществления приведены лишь в качестве примера. Таким образом, подразумевается, что данное изобретение не ограничено описанными и изображенными вариантами его осуществления.
Фиг. 1 иллюстрирует первый вариант осуществления изобретения. На этом чертеже изображен термостат 1. В этом варианте осуществления термостат 1 теплообменника представляет собой термостат радиатора. Термостат 1 теплообменника содержит клапан 2 и термостатную головку 3. Клапан 2 содержит впускное отверстие и выпускное отверстие. Клапан может дросселироваться посредством приведения в действие клапанного элемента 4, взаимодействующего с седлом 5 клапана, расположенным между впускным отверстием и выпускным отверстием. Клапанный элемент 4 может приводиться в действие штоком 6 клапана. Имеется упругое возвращающее средство 7 для клапанного элемента 4. Возвращающее средство 7 расположено на седле 8 возвращающего средства. В этом случае седло 8 возвращающего средства расположено в клапане 2 в направлении того конца штока 6 клапана, к которому прикреплен клапанный элемент 4.
Термостатная головка 3 содержит температурно-зависимые приводные средства 9 для приведения в действие клапана 2 в зависимости от окружающей температуры термостатной головки 3. Известная проблема, присущая такому термостату 1 теплообменника, состоит в том, что температура текучей среды, проходящей от впускного отверстия к выпускному отверстию клапана 2, может передаваться на расположенные внутри термостатной головки температурно-зависимые приводные средства 9. При повышении температуры температурно-зависимые приводные средства 9 расширяются, причем эти средства выполнены так, что они зависят от окружающей температуры термостатной головки 3. Посредством этого расширения шток 6 клапана приводится в действие и клапанный элемент 4 перемещается внутри клапана 2 в направлении седла 5 клапана, чтобы уменьшить поток текучей среды через клапан 2. Таким образом, если температура текучей среды передается на температуру температурно-зависимых приводных средств 9, измерение окружающей температуры искажается и клапан 2 дросселируется, прежде чем окружающая температура фактически достигнет необходимого значения, установленного при помощи термостатной головки 3.
Чтобы решить эту проблему, в соответствии с изобретением термостат 1 теплообменника имеет термочувствительные средства 10, расположенные внутри клапана 2 и влияющие на характеристики дросселирования клапана 2 в зависимости от температуры текучей среды, регулируемой клапаном. Благодаря этому можно предотвратить преждевременное дросселирование клапана 2 до того, как может быть достигнута необходимая окружающая температура. Таким образом, достигается подходящая окружающая температура.
В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 1, термочувствительные средства 10 выполнены с возможностью влияния на силу, приводящую в действие клапанный элемент 4, в зависимости от температуры текучей среды. Температурно-зависимые приводные средства 9, имеющиеся внутри термостатной головки 3 теплообменника, обеспечивают силу, приводящую в действие клапанный элемент 4, в зависимости от окружающей температуры. Если температура текучей среды, проходящей через клапан 2, превышает определенную температуру, термочувствительные средства 10 обеспечивают противодействующую силу, действующую против силы, обеспечиваемой температурно-зависимыми приводными средствами 9, приводящими в действие клапанный элемент 4. Эта противодействующая сила зависит от температуры текучей среды. Это означает, что хотя температурно-зависимые приводные средства 9 для приведения в действие клапана 2 деформируются температурой текучей среды, имеющей высокую температуру, и поэтому преждевременно уменьшают поток в клапане 2, термочувствительные средства 10 обеспечивают противодействующую силу в зависимости от температуры текучей среды, чтобы сохранить поток, который уменьшен в меньшей степени, стабилен или даже увеличен в течение продолжительного периода времени по сравнению с обычными средствами, в которых термочувствительные средства не используются.
В частности, в этом первом варианте осуществления термочувствительные средства 10 образует упругое возвращающее средство 7 для клапанного элемента 4. Таким образом, такой вариант осуществления изобретения без труда можно обеспечить, заменив термонечувствительное возвращающее средство 7 термочувствительным возвращающим средством 7. В данном случае упругое возвращающее средство 7 в основном содержит сплав с памятью формы, обеспечиваемый температурно-зависимыми приводными средствами 9. Упругое возвращающее средство 7 может обеспечивать первую возвращающую силу 20 Н при температуре текучей среды 50°С. Упругое возвращающее средство 7 может обеспечивать вторую возвращающую силу 27 Н при температуре текучей среды 70°С. Разность сил, составляющая 7 Н, направлена против приводного усилия, обеспечиваемого температурно-зависимыми приводными средствами 9 в термостатной головке 3. Таким образом, предотвращается преждевременное уменьшение потока текучей среды через клапан 2.
На фиг. 9 показан вариант осуществления, в котором упругое возвращающее средство 7 и термочувствительные средства 10 применяются совместно, при этом оба эти средства осуществлены в виде цилиндрических пружин. Термочувствительные средства 10 опять изготовлены из сплава с памятью формы, в этом варианте осуществления они расположены коаксиально вокруг упругого возвращающего средства 7. Упругое возвращающее средство 7 изготовлено из меди. Термочувствительные средства активируются при температуре выше 55°С и обеспечивают силу, которая на 3-10 Н больше, чем сила при температуре ниже 55°С. При температуре выше 72°С сила, обеспечиваемая термочувствительными средствами 10, остается постоянной. Таким образом, поддерживая упругое возвращающее средство 7 при температуре выше 55°С, пружина из сплава с памятью формы обеспечивает увеличенную возвращающую силу, действующую против приводного усилия, обеспечиваемого при помощи температурно-зависимых приводных средств 9 (показано только на фиг. 6а и 6b), которые находится внутри термостатной головки.
Упрощенная иллюстрация эффекта, применяемого в варианте, выполненном в соответствии с фиг. 1 и 9, показана на фиг. 6а и 6b, причем на фиг. 6а показана ситуация в том состоянии, когда температура текучей среды сравнительно низка, например, составляет менее 55°С. Фиг. 6b иллюстрирует ситуацию в том состоянии, при котором температура текучей среды выше, чем на фиг. 6а, например, она составляет более 55°С. При сравнительно низких температурах текучей среды риск существования теплообмена между текучей средой и температурно-зависимыми приводными средствами 9 для приведения в действие сравнительно невелик. Таким образом, упругое возвращающее средство 7, образованное из сплава с памятью формы, выполнено с возможностью обеспечения сравнительно небольшой первой возвращающей силы. Благодаря этому приводное усилие, обеспечиваемое при помощи температурно-зависимых приводных средств 9, может почти без помех приводить в действие клапанный элемент 3, так как предполагается, что при таких довольно низких температурах текучей среды определение окружающей температуры искажается температурой текучей среды не существенно.
Сплав с памятью формы выполнен с возможностью обеспечения второй возвращающей силы, которая больше первой возвращающей силы, когда температура текучей среды повышается выше 55°С. Как видно из фиг. 6b, эта вторая возвращающая сила действует против приводного усилия, обеспечиваемого при помощи температурно-зависимых приводных средств 9, так как предполагается, что довольно высокая температура текучей среды исказила определение температуры температурно-зависимыми приводными средствами 9. Таким образом, клапан 2 остается открытым в течение продолжительного периода времени, поэтому, благодаря тому, что клапанный элемент 4 перемещен на расстояние S против приводного усилия +F, окружающая температура может увеличиваться дальше до необходимой температуры.
В еще одном варианте осуществления изобретения упругое возвращающее средство 7 образовано из термонечувствительного материала. В таком варианте осуществления термочувствительные средства 10 расположены между упругим возвращающим средством 7 и седлом 8 возвращающего средства, как показано на фиг. 5а и 5b. В то время как в варианте осуществления, показанном при помощи фиг. 1 и 9, термочувствительные средства 10 представляют собой цилиндрическую пружину, в вариантах, изображенных на фиг. 5а и 5b, термочувствительные средства 10 представляют собой распорный диск, показанный на фиг. 7.
Распорный диск на фиг. 7 показан в виде вдоль штока 6 клапана. На фиг. 5а и 5b распорный диск расположен коаксиально вокруг штока 6 клапана. Распорный диск опирается на седло 8 возвращающего средства. Упругое возвращающее средство 7 для клапанного элемента 4 опирается на термочувствительные средства 10. В этом случае термочувствительные средства 10 образованы из биметалла. Распорный диск меняет свою форму в зависимости от температуры текучей среды, проходящей через клапан 2. Таким образом, как видно из сравнения фиг. 5а и 5b, термочувствительные средства 10 сжимают возвращающее средство 7, когда температура текучей среды, проходящей через клапан, превышает определенную температуру, которая может составлять от 40 до 90°С. При сжатии упругого возвращающего средства 7 противодействующая сила, направленная против приводного усилия, которое обеспечивается температурно-зависимыми приводными средствами 9 и зависит от окружающей температуры, измерение которой искажено температурой текучей среды, увеличивается. Таким образом, предотвращается преждевременное дросселирование клапана 2, так что может быть достигнута необходимая окружающая температура.
В другом варианте осуществления изобретения используются термочувствительные средства 10, выполненные с возможностью влияния на эффективную длину клапанного элемента 4 в зависимости от температуры текучей среды. Такие решения в качестве примера показаны на фиг. 2, 3 и 4. Как показано на фиг. 2а и 2b, термочувствительные средства 10 расположены внутри клапанного элемента 4. В этом случае клапанный элемент 4 имеет первую дросселирующую деталь 4а и вторую дросселирующую деталь 4b. Термочувствительные средства 10 расположены между первой дросселирующей деталью 4а и второй дросселирующей деталью 4b. При сравнительно низкой температуре текучей среды, в этом случае, например, при температуре 50°С, эффективная длина клапанного элемента 4 сравнительно большая. Термочувствительные средства 10, которые в этом случае опять выполнены в виде распорного диска, изготовленного из биметалла, устанавливают первое расстояние между первой дросселирующей деталью 4а и второй дросселирующей деталью 4b. При повышенных температурах текучей среды, например, при температуре 55°С, термочувствительные средства 10 устанавливают второе расстояние между первой дросселирующей деталью 4а и второй дросселирующей деталью 4b. Второе расстояние меньше первого расстояния. Таким образом, эффективная длина клапанного элемента 4 при температуре выше 55°С по сравнению с его эффективной длиной при температуре текучей среды ниже 55°С является небольшой. Этим обеспечивается эффект, заключающийся в том, что предотвращается преждевременное дросселирование клапана в случае, когда повышенная температура текучей среды искажает определение температуры температурно-зависимых приводных средств 9, находящихся в термостатной головке 3. Например, первое расстояние на 0,3 мм больше второго расстояния.
На фиг. 3а и 3b показано альтернативное решение, основанное на той же идее. На фиг. 3а, где показана ситуация, в которой температура текучей среды сравнительно низка, например, составляет менее 55°С, между клапанным элементом 4 и штоком 6 клапана установлено первое расстояние, так как между клапанным элементом 4 и штоком 6 клапана расположены термочувствительные средства. Как показано на фиг. 3b, где показана ситуация, когда температура текучей среды, текущей через клапан, например, превышает 55°С, термочувствительные средства 10 вместо первого расстояния обеспечивают второе расстояние, причем в приведенном в качестве примера случае второе расстояние на 0,3 мм меньше первого расстояния. На эффективную длину клапанного элемента 4 опять оказывается влияние в зависимости от температуры текучей среды. Точнее, эффективная длина клапанного элемента уменьшается, когда температура текучей среды, проходящей через клапан 2, превышает определенную температуру. Таким образом, опять может быть предотвращено преждевременное дросселирование клапана 2, в этом случае благодаря наличию клапанного элемента 4, установленного с возможностью перемещения на штоке 6 клапана и приводимого в действие термочувствительными средствами 10.
В другом варианте осуществления изобретения, в котором применена идея влияния на эффективную длину клапанного элемента 4 в зависимости от температуры текучей среды, термочувствительные средства 10а расположены на седле 5 клапана. В этом случае при температуре текучей среды ниже определенной температуры, например, 55°С, клапан 2 может дросселироваться при помощи термочувствительных средств 10, расположенных на седле 5 клапана, как показано на фиг. 4а. При повышенных температурах, например, выше 55°С, как показано на фиг. 4b, термочувствительные средства 10 посредством увеличения поперечного сечения потока могут уменьшать дросселирование текучей среды, текущей в клапане 2. Это может иметь место, например, посредством увеличения расстояния между клапанным элементом 4 и термочувствительными средствами 10, например, в результате изменения формы термочувствительных средств 10 - с наклонной формы, соответствующей низкой температуре, в плоскую форму, соответствующую высокой температуре. Таким образом, хотя при повышенных температурах текучей среды возможно искажение определения температуры температурно-зависимыми приводными средствами 9, посредством обеспечения увеличенного поперечного сечения потока в клапане, например, посредством применения биметаллического элемента в качестве термочувствительных средств 10, увеличенный поток может сохраняться в течение продолжительного периода времени, чтобы обеспечить возможность подходящего повышения окружающей температуры до необходимого значения.
Наконец, на фиг. 8 приведена примерная зависимость между температурой текучей среды в градусах Цельсия и силой в ньютонах для примерных термочувствительных средств 10. Эта зависимость показывает гистерезис. Нижняя ветвь гистерезисного цикла соответствует увеличению температуры, тогда как верхняя ветвь соответствует уменьшению температуры. В соответствии с этой диаграммой термочувствительные средства 10 обеспечивают первую силу в первом диапазоне температур, в этом случае от приблизительно -20 до приблизительно 40°С, и вторую силу, отличную от первой силы, - во втором диапазоне температур, в данном случае - в диапазоне от 40 до приблизительно 80°С. Необходимо заметить, что в этом случае первая сила в первом диапазоне температур непостоянна, фактически она изменяется от 0 до приблизительно 20 Н. Кроме того, в этом случае вторая сила непостоянна во втором диапазоне температур, фактически она изменяется от приблизительно 40 до приблизительно 70 Н. При температуре приблизительно 40°С происходит переход от первой силы ко второй силе - в этом случае переход от первого диапазона сил ко второму диапазону сил. В этом случае переход означает резкое повышение прикладываемой силы. Таким образом, первая сила меньше второй силы, причем при определенной температуре термочувствительные средства 10, например, могут перейти от первой возвращающей силы ко второй возвращающей силе, действующей против приводного усилия температурно-зависимых приводных средств 9, находящихся в термостатной головке 3. Однако следует учитывать, что в некоторых вариантах осуществления первая сила или диапазон сил представляет собой большую силу, чем вторая сила или диапазон сил. Как показано на фиг. 8, вторая сила при температуре 72°С и выше приблизительно постоянна.
В варианте осуществления, который здесь не показан, термостатная головка 3 имеет термочувствительные средства 10, влияющие на характеристики дросселирования клапана 2 в зависимости от температуры текучей среды, регулируемой клапаном 2. Термостатная головка 3 содержит температурно-зависимые приводные средства 9 для приведения в действие клапана 2 в зависимости от окружающей температуры термостатной головки 3. Когда температура, регулируемая клапаном 2, превышает определенную температуру, например, 55°, температура текучей среды может исказить определение окружающей температуры, что приводит к преждевременному дросселированию клапана 2, так как температурно-зависимые приводные средства 9 дросселируют клапан 2, прежде чем окружающая температура фактически достигнет необходимого значения. В этом случае термочувствительные средства 10, имеющиеся в термостатной головке 3, например, могут обеспечивать противодействующую силу, действующую против приводного усилия, обеспечиваемого температурно-зависимыми приводными средствами 9. Таким образом, следует учитывать, что изобретение, описанное в связи с клапаном 2, кроме того, может быть применено в термостатной головке 3 обычным способом, например, если термочувствительные средства 10 в термостатной головке 3 выполнены с возможностью влияния на эффективную длину клапанного элемента 4 2 в зависимости от температуры текучей среды, или термочувствительные средства 10 выполнены с возможностью влияния на силу, приводящую в действие элемент 4 в зависимости от температуры текучей среды.
Что касается термостата 1 теплообменника, может быть предпочтительным, чтобы клапан 2 и термостатная головка 3 образовывали интегральный модуль. Благодаря этому термостатная головка 3 не может быть потеряна. Например, в не показанном здесь варианте осуществления термостатная головка 3 и клапан 2 соединены посредством единого штока 6 клапана, предотвращающего отделение термостатной головки 3 от клапана 2. Тем не менее в данных вариантах осуществления клапан 2 и термостатная головка 3 являются отдельными деталями. Таким образом, шток 6 клапана имеет средство зацепления, выполненное с возможностью взаимодействия с дополняющим средством зацепления в термостатной головке, для обеспечения возможности отсоединения термостатной головки 3 от клапана 2.