AT390505B - Waermepumpe od. dgl. - Google Patents

Description

Nr. 390 505

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmepumpe od. dgl., mit einem in den Kältemittelkreislauf zwischen Kondensator und Verdampfer eingebundenen Expansionsventil, das zur Betätigung einen über eine Steuermembran verstellbaren Ventilschaft aufweist, wobei die in einem Druckgehäuse eingesetzte, das Druckgehäuse in zwei Druckkammern unterteilende Steuermembran gegen Federkraft in Abhängigkeit von einer Verdampfer-Kenngröße druckbeaufschlagbar ist.

Das Expansions ventil hat in einem Kältemittelkreislauf einer Wärmepumpe oder Kältemaschine eine wichtige Aufgabe zu erfüllen, da es das Kältemittel vor dem Verdampfer entmannen und außerdem den Kältemitteldurchsatz durch den Verdampfer dosieren soll. Eine schlecht dosierte Kältemitteleinspritzung führt nämlich leicht zu Betriebsstörungen und läßt vor allem auch eine Nachkondensation im Verdampferbereich befürchten. Die Expansionsventile werden daher meist in Abhängigkeit von einer Verdampfer-Kenngröße geregelt, wobei bisher, wie etwa aus den DE-OS 26 03 682 und 27 49 250 hervorgeht, die Temperaturverhältnisse im Verdampfer für die Expansionsventilregelung maßgebend sind. Das Expansionsventil wird dabei so geregelt, daß die Kenntemperatur durch mehr oder weniger starkes Einspritzen konstant gehalten wird, was ein verhältnismäßig träges Regelverhalten mit sich bringt. Insbesondere bei längeren Verdampferstrecken ist dadurch ein ordnungsgemäßer Kältemitteldurchsatz durch den Verdampfer nicht gewährleistet und Nachkondensationen können nicht verhindert werden. Darüber hinaus sind diese thermisch gesteuerten Expansionsventile meist recht aufwendig und damit selbst störanfällig.

Gemäß der DE-OS 27 03 126 gibt es auch schon eine kombinierte Ventileinheit aus thermostatisch gesteuertem Expansionsventil und Verdampferdruckregelventil zur Regelung einer Kühlmittelströmung, wobei zur Expansionsventilsteuerung eine einerseits in Abhängigkeit vom Druck, anderseits über ein temperaturempfindliches Mittel in Abhängigkeit von der Temperatur am Verdampferausgang beaufschlagbare Steuermembran vorgesehen ist. Abgesehen davon, daß es sich hier um eine ganz spezielle Ventilkombination handelt, kommt es zu einer temperatur- und druckabhängigen Steuerung, die allerdings lediglich die Kühlmittelverhältnisse am Verdampferausgang berücksichtigt und daher unbefriedigend bleibt

Schließlich geht aus der US-PS 3 482 415 ein rein druckgesteuertes Expansionsventil hervor, dessen Steuerdruck sich aus der Kraft einer Ventilfeder und dem Verdampfereingangsdruck oder dem Atmosphärendruck zusammensetzt, was ebenfalls nur eine ungenügende Berücksichtigung der Verdampferverhältnisse ermöglicht Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu beseitigen und eine Wärmepumpe od. dgl. der eingangs geschilderten Art zu schaffen, die sich auf Grund ihres einfachen und reaktionsfähigen Expansionsventiles auch bei größeren Verdampferdimensionen durch ihren einwandfreien und funktionssicheren Betrieb auszeichnet.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß zur Membranbeaufschlagung in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen Verdampferein- und -ausgang die Membran beidsinnig belastende Ventilfedem vorgesehen und die eine die Membran im Schließsinn beaufschlagende Druckkammer zwischen Expansionsventil und Verdampfer und die andere die Membran im Öffnungssinn beaufschlagende Druckkammer nach dem Verdampfer an die Kreislaufleitung angeschlossen sind. Dieses druckdifferenzgesteuerte Expansionsventil bringt daher eine einwandfreie Mengenregelung des eingespritzten Kältemittels mit sich, so daß die Gefahr eines Nachkondensierens im Verdampfer auf rationelle Weise vermieden und ein störungsfreier Kältemittelkreislauf gewährleistet werden kann. Da außerdem die Druckdifferenz zwischen Verdampferein- und -ausgang als Kenngröße dient, kommt es zu einer reaktionsschnellen und feinfühligen Regelung, die sofort auf sich ändernde Verhältnisse im Verdampfer anspricht und die gewünschte Einspritzmengendosierung sicherstellL Nicht zuletzt bleibt der Bau-und Konstniktionsaufwand des Expansionsventils relativ gering, denn zur Steuerung sind lediglich die beiden Druckkammern vor und hinter dem Verdampfer an die Kreislaufleitung anzuschließen und die Steuermembran wird unmittelbar durch die entsprechende Druckdifferenz beaufschlagt. Die Ventilfedem erlauben dabei eine Beeinflussung des Regelbereiches und definieren außerdem eine Ausgangsstellung.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Wärmepumpe in einem Anlagenschema und

Fig. 2 das Expansionsventil dieser Wärmepumpe im Axialschnitt größeren Maßstabes.

Eine Wärmepumpe (1) umfaßt im wesentlichen einen Kompressor (2), einen Kondensator (3), ein Expansionsventil (4) und einen beispielsweise erdverlegten Verdampfer (5), wobei eine Kreislaufleitung (6) einen in sich geschlossenen Kältemittelkreislauf ergibt. Die im Verdampfer (5) vom verdampfenden Kältemittel direkt aus dem Boden aufgenommene Verdampfungswärme wird durch den Kompressor (2) hochgepumpt und als Kondensationswärme im Kondensator (3) an einen nicht weiter dargestellten Verbraucher abgegeben. Das Kältemittelkondensat gelangt anschließend über einen Sammler (7) und einen Kältemitteltrockner (8) zum Expansionsventil (4), durch das es entspannt und dosiert wird und wieder dem Verdampfer (5) zuströmt. Übliche Strömungs- und Kontrolleinrichtungen, wie ein Magnetventil (9), Rückschlagventile (10), Druckwächter (11) u. dgl., in der Kreislaufleitung (6) dienen zur Sicherung des Kältemittelkreislaufes.

Das Expansionsventil (4) weist ein Ventilgehäuse (12) auf, das zwischen einem Eintrittsstutzen (13) und einem Austrittsstutzen (14) einen Ventilsitz (15) für einen Ventilkegel (16) bildet. Der Ventilkegel wird über einen Ventilschaft (17) betätigt, der zur Ventilverstellung an einer Steuermembran (18) angreift. Die Steuermembran (18) ist in einem am Ventilgehäuse (12) aufgebauten Druckgehäuse (19) eingespannt und unterteilt das Druckgehäuse (19) in zwei Druckkammern (20), (21), die jeweils über eigene Leitungsanschlüsse -2-

Claims (1)

1. Nr. 390 505 (22), (23) an die Kreislaufleitung (6) angeschlossen sind, und zwar steht die Druckkammer (20), die die Steuermembran (18) im Schließsinn beaufschlagt, zwischen Expansionsventil (4) und Verdampfer (5) sowie die Druckkammer (21), die die Steuermembran (18) im Öffnungssinn beaufschlagt, hinter dem Verdampfer (5) mit der Kreislaufleitung (6) in Verbindung. Die Membran (18) ist beidseits durch Ventilfedem (24), (25) belastet, wobei die Ventilfeder (24) durch eine über eine Regulierspindel (26) axial verstellbare Verstellscheibe (27) abgestützt wird und dadurch in ihrer Federvorspannung veränderbar ist. Ähnlich kann in nicht weiter dargestellter Weise auch die Ventilfeder (25) wunschgemäß eingestellt werden. Das Expansionsventil (4) wird in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen Verdampferein- und -ausgang gesteuert, so daß es zu einer von dieser Druckdifferenz abhängigen Mengenregelung des Kältemitteldurchsatzes durch den Verdampfer (5) kommt und ein einwandfreier Verdampferbetrieb ohne Gefahr eines Nachkondensierens gewährleistet ist. Herrscht Gleichdruck, steht das Ventil offen, es schließt aber im Maße des steigenden Überdruckes vor dem Verdampfer, wodurch eine schnellreagierende, feinfühlige Kältemitteldosierung sichergestellt wird. PATENTANSPRUCH Wärmepumpe od, dgl., mit einem in den Kältemittelkreislauf zwischen Kondensator und Verdampfer eingebundenen Expansionsventil, das zur Betätigung einen über eine Steuermembran verstellbaren Ventilschaft aufweist, wobei die in einem Druckgehäuse eingesetzte, das Druckgehäuse in zwei Druckkammern unterteilende Steuermembran gegen Federkraft in Abhängigkeit von einer Verdampfer-Kenngröße druckbeaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Membranbeaufschlagung in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen Verdampferein- und -ausgang die Membran (18) beidsinnig belastende Ventilfedem (24,25) vorgesehen und die eine die Membran (18) im Schließsinn beaufschlagende Druckkammer (20) zwischen Expansionsventil (4) und Verdampfer (5) und die andere die Membran (18) im Öffnungssinn beaufschlagende Druckkammer (21) nach dem Verdampfer (5) an die Kreislaufleitung (6) angeschlossen sind. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -3-