CH633928A5

CH633928A5 - Regelbare heizvorrichtung fuer das ausdehnungsmedium in waermesteuervorrichtungen.

Info

Publication number: CH633928A5
Application number: CH1054378A
Authority: CH
Inventors: Jakob Steen Jakobsen
Original assignee: Danfoss As
Priority date: 1977-11-03
Filing date: 1978-10-11
Publication date: 1982-12-31
Also published as: DK482078A; GB2008806B; DE2749251A1; JPS5626848B2; IT7869512A0; DE2749251C3; DE2749251B2; SE434682B; FR2408270A1; CA1121486A; JPS5472389A; SE7811364L; DD139511A5; US4248377A; FR2408270B1; AU4128978A; IT1160903B; GB2008806A; AU524547B2

Description

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 die konstruktive Ausgestaltung einer regelbaren Heizvorrichtung gemäss der Erfindung in Verbindung mit einem ein Hauptventil steuernden Pilotventil in einer Kälteanlage und

Fig. 2 eine Schaltung für die regelbare Heizvorrichtung.

Ein Hauptventil 1 ist in die Saugleitung einer Kälteanlage zwischen Verdampfer und Verdichter geschaltet. Dieses besitzt ein Gehäuse 3 mit einer Zulaufseite 4 und einer Abflussseite 5. Der dazwischen befindliche Ventilsitz 6 arbeitet mit einem Verschlussstück 7 zusammen, das über einen Schaft 8 mit einem Kolben 9 verbunden ist. Dieser trennt einen Druckraum 10 von einem Druckraum 11. Beide Druckräume sind über eine Drossel 12 miteinander verbunden. Der Druckraum 11 ist mit der Abflussseite über eine Drossel 13 verbunden. Ferner ist eine Feder 14 vorgesehen. Der Kolben 9 und damit das Verschlussstück 7 nehmen daher eine Stellung ein, in der die Druckdifferenz in den Räumen 10 und 11 der Kraft der Feder 14 entspricht.

Diese Druckdifferenz wird mit Hilfe eines Pilotventils 15 gesteuert, dessen Gehäuse 16 in den Deckel 17 des Hauptventils 1 eingeschraubt ist. Als Verschlussstück dient eine Membran 18, die mit einem Ventilsitz 19 zusammen arbeitet und unter dem Druck einer Feder 20 steht. Der Ringraum 21 ausserhalb des Ventilsitzes 19 steht über Pilotkanäle 22 im Gehäuse 3 und im Deckel 17 des Hauptventils 1 mit der Zuflussseite 4 in Verbindung. Je weiter das Pilotventil öffnet, um so grösser ist die Kältemittelmenge, die über das Pilotventil und die Drosselstellen 12 und 13 strömt, und um so grösser ist der Druckabfall an der Drosselstelle 12. Dies führt zu einer entsprechend stärkeren Öffnung des Verschlussstücks 7 des Hauptventils.

Die Membran 18 bildet eine verlagerbare Wand eines Arbeitsbehälters 23, der mit einer Füllung 24 versehen ist, die eine Flüssigkeitsphase 24a und eine Dampfphase 24b aufweist. In Abhängigkeit von der Temperatur an der Flüssigkeitsoberfläche stellt sich ein Dampfdruck prein, der die Membran 21 von oben belastet, während von unten der Saugdruck ps und die Kraft der Feder 20 wirkt. In der Flüssigkeitsphase 24a befindet sich ein Leistungstransistor 25, dessen Zuleitungen für Basis, Emitter und Kollektor mit den drei Stiften 26 einer Durchführung 27 verbunden sind. Diese Stifte sind in Durchbrüchen an der Stirnseite des Arbeitsbehälters 23 in Glasisolierungen gehalten. Eine Reglereinheit 28 ist in einem Gehäuse 29 untergebracht, in der die Einzelteile 30 der Reglereinheit in Kunststoff 31 vergossen sind. An der dem Arbeitsbehälter 23 zugewandten Seite befindet sich eine mehrere Steckbuchsen für die Stifte 26 aufweisende Fassung 32. Auf der gegenüberliegenden Stirnseite ist ein Drehknopf 33 zur Handeinstellung des Sollwertes angeordnet. Über eine seitliche Durchführung können Kabel 34 zum Anschluss an eine Spannungsquelle und Kabel 35 zum Anschluss eines äusseren Fühlers herausgeführt werden.

Durch einfache Änderung der Temperatur im Arbeitsbehälter 23 kann der Dampfdruck pf und damit der Saugdruck ps geändert werden. Falls sich der Saugdruck aufgrund äusserer Einflüsse ändert, nimmt das Pilotventil 15 und damit das Hauptventil 1 eine andere Stellung ein, bei der wieder die alten Verhältnisse hergestellt sind. Die Regelung kann in der Weise erfolgen, dass ein mit dem Drehknopf 33 eingestellter Sollwert des Saugdruckes unverändert aufrechterhalten bleibt. Statt einer solchen Reglereinheit kann aber auch eine andere Reglereinheit aufgesetzt werden, bei der der Saugdruck in Abhängigkeit von einem äusseren Temperaturfühler geregelt wird, beispielsweise derart, dass dieser äussere Temperaturfühler die Temperatur des zu kühlenden Mediums feststellt und die Temperatur auf einem mittels des Drehknopf 33 einstellbaren Wert gehalten wird. Hierbei kann in der Reglereinheit ein P-Verhal-ten, ein PI-Verhalten oder eine kompliziertere Überführungsfunktion vorhanden sein. Es besteht auch die Möglichkeit, den

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Saugdruck in zeitlicher Abhängigkeit zu steuern.

Das Ventil kann auch anderen Zwecken dienen, beispielsweise der Wärmeregulierung in einer Heiz- oder Klimaanlage. Statt eines Ventils können auch andere Vorrichtungen betätigt werden, beispielsweise Strömungsdrosseln. Bei alledem ist es 5 wichtig, dass die Beheizung des Ausdehnungsmediums 24 derart erfolgt, dass eine bestimmte Temperatur aufrechterhalten wird. Hierzu dient ein einziges Bauelement, nämlich der Transistor 25, der durch Abgabe von Verlustwärme als Heizelement dient und ausserdem mit seiner Basis-Emitter-Strecke die Tem- 10 peratur misst. In Fig. 2 ist eine für die regelbare Heizvorrichtung geeignete Schaltung dargestellt. Es sind drei Spannungsanschlüsse vorgesehen, nämlich der eine Pol V+ einer Gleichspannungsquelle, der andere Pol V— der Gleichspannungsquelle und ein Mittelanschluss 0, der eine Zwischenspannung is führt und an Masse liegt. Der Heiztransistor 25 liegt mit seiner Kathode über eine Diode 36 und einen Stromregler 37, der zwei Transistoren 38 und 39 in Darlington-Schaltung aufweist, an dem einen Pol V+, mit dem Emitter über einen Emitterwiderstand 40 am anderen Pol V— und mit seiner Basis an dem Mit- 20 telanschluss 0. Ein Verstärker 41 ist mit seinem einen Eingang über einen Vorwiderstand 42 an den Emitter des Heiztransistors 25 angeschlossen. Der andere Eingang ist mit einem Abgriff 43 eines als Bezugsspannungsgeber dienenden Spannungsteilers 44 verbunden, der sich zwischen dem Mittelan- 25 schluss 0 und dem Pol V- der Gieichspannungsquelle erstreckt. Der Spannungsteiler besteht aus einem Potentiome- . ter 45 und einem Festwiderstand 46. In eine erste Einschaltstelle 47 kann wahlweise ein äusserer temperaturabhängiger Widerstand 48, z. B. ein NTC-Widerstand, in eine zweite Einschaltstelle 49 kann ein veränderbarer Widerstand 50 wahlweise eingeschaltet werden. Der Verstärker 41 hat durch eine einen Widerstand 51 und einen Kondensator 52 aufweisende Gegenkopplung ein PI-Verhalten. Der Ausgang steuert über einen Widerstand 53 den Eingang des Stromreglers 37.

Bei dieser Reglereinheit nimmt die Temperatur im Behälter 23 einen Wert ein, bei der der Spannungsabfall an der Basis-Emitter-Strecke des Heiztransistors 25 der mittels des Abgriffs 49 eingestellten Bezugsspannung entspricht. Sinkt die Temperatur, sinkt auch der Spannungsabfall. Der Verstärker gibt ein Ausgangssignal ab, durch das der Heizstrom mittels des Stromreglers 37 verstärkt wird. Steigt die Temperatur, so wird die Heizung unterbrochen, bis durch Abkühlung die Ist-Temperatur die Soll-Temperatur erreicht. Der Abgriff 43 kann mittels des Drehknopfs 33 verstellt werden. Auf diese Weise lassen sich unterschiedliche Temperaturen und damit unterschiedliche Saugdrücke bei der Ausführungsform der Fig. 1 einstellen.

Wenn an den Einschaltstellen 47 und 49 ein temperaturabhängiger Widerstand 48 bzw. ein Einstellwiderstand 50 eingeschaltet werden, ergibt sich zusätzlich eine Abhängigkeit von diesem Aussenfühler48, insbesondere einen NTC-Widerstand, der vom gekühlten Medium beaufschlagt wird. Der Einstellwiderstand 50 kann auch in die Reglereinheit einbezogen werden, so dass die Soll-Temperatur des gekühlten Mediums in dem Drehknopf 33 eingestellt werden kann.

1 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE Die Erfindung bezieht sich auf eine regelbare Heizvorrich tung für das Ausdehnungsmedium in Wärmesteuervorrichtun-

1. Regelbare Heizvorrichtung für das Ausdehnungsmedium gen, mit einem Heizelement und einem Temperaturfühler, die in Wärmesteuervorrichtungen, mit einem Heizelement und im Ausdehnungsmedium angeordnet sind, und einer Reglerein-einem Temperaturfühler, die im Ausdehnungsmedium angeord- 5 heit, die den Heizstrom zumindest in Abhängigkeit von dem net sind, und einer Reglereinheit, die den Heizstrom zumindest in Temperatursignal des Temperaturfühlers regelt.

Abhängigkeit von dem Temperatursignal des Temperaturfüh- Es ist ein Wärmestellglied bekannt, in dessen Ausdehnungs-

lers regelt, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement ein mittel ein Heizwiderstand und ein Temperaturfühler angeord-mittels seiner Verlustleistung heizender Transistor (25) ist und net ist Die Beheizung erfolgt mittels eines Regelkreises derart, dass der Spannungsabfall an dessen Basis-Emitter-Strecke als io dass eine am Regler vorgebbare Temperatur konstant gehalten Temperatursignal dient. wird. Da die Temperatur einer bestimmten Ausdehnung des
2. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- Ausdehnungsmittels entspricht, ergibt sich auf diese Weise eine net, dass die Kollektor-Emitter-Strecke des Heiztransistors (25) Lageregelung. In der Technik sind auch viele andere Anwen-mit einem Stromregler (37) in Reihe liegt, der von einem Ver- dungszwecke bekannt, bei denen kleine Massen auf einer konstärker (41 ) gesteuert wird, dass der Emitter über einen Vor- 15 stanten Temperatur gehalten werden müssen, z. B. zur Aufwiderstand (42) mit dem einen Eingang des Verstärkers verbun- nähme der einen Lötstelle eines Thermoelements, das der Tem-den ist und dass die Basis über einen Bezugsspannungsgeber peraturmessung dient.

(44) mit dem anderen Eingang des Verstärkers verbunden ist. in jedem Fall benötigt man zwei Elemente, nämlich das
3. Heizvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich- Heizelement und einen Temperaturfühler, die in verschiedenen net, dass der Kollektor über den Stromregler (37) mit dem 20 Stromkreisen angeordnet sind und daher derart in der Masse einen Pol (V+), der Emitter über einen Emitterwiderstand (40) angeordnet werden müssen, dass sie nicht miteinander kollidie-mit dem anderen Pol (V—) einer Gleichspannungsquelle und ren. Dies erfordert eine stabile Montage und eine bestimmte die Basis mit einem eine Zwischenspannung aufweisenden Mit- Mindestmenge dieser Masse.

telanschluss (0) verbunden sind und dass der Bezugsspannungs- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine regelbare geber einen zwischen Mittelanschluss und anderem Pol 25 Heizvorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben,

geschalteten Spannungsteiler (44) aufweist, dessen Abgriff (43) die leichter zu montieren und auch für verhältnismässig mit dem anderen Eingang des Verstärkers verbunden ist. geringe Mengen eines Ausdehnungsmediums geeignet ist.
4. Heizvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass net, dass der Abgriff (43) des Spannungsteilers (44) verstellbar das Heizelement ein mittels seiner Verlustleistung heizender ist. 30 Transistor ist und dass der Spannungsabfall an dessen Basis-
5. Heizvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch Emitter-Strecke als Temperatursignal dient.

gekennzeichnet, dass der Spannungsteiler (44) einen in Abhän- Transistoren haben eine Verlustleistung, die vom Kollektor-

gigkeit von einer Fremdgrösse veränderbaren, z. B. temperatur- ström abhängig ist. Durch Beeinflussung des Kollektorstroms abhängigen, Aussenfühlerwiderstand (48) und einen Sollwert- kann daher die Heizleistung geändert werden. Mit Leistungs-Einstellwiderstand (50) aufweist. ' 35 transistoren kann eine, verglichen mit dem Volumen des Tran-
6. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, sistors, relativ hohe Vorlustleistung abgegeben werden. Des dadurch gekennzeichnet, dass das zu beheizende Ausdehnungs- weiteren ändert sich die Spannung an der Basis-Emittermedium (24a) und der als Leistungstransistor ausgebildete Strecke eines Transistors mit der Temperatur. Bei einem Silizi-Transistor (25) in einem Arbeitsbehälter (23) angeordnet sind, umtransistor liegt die Temperaturänderung bei 0,002 V/°C. der eine vorlagerbare Wand (18) aufweist und mit einer Durch- 40 Durch Messung dieser Spannung erhält man daher ein Tempe-führung (27) abgeschlossen ist, die drei isoliert gehaltene und ratursignal. Auf diese Weise benötigt man zum Beheizen und mit je einem der Anschlüsse des Transistors verbundene Stifte ZUm Fühlen der Temperatur lediglich ein Element. Entspre-(26) aufweist, und dass die Reglereinheit (28) in einem Gehäuse chend einfach ist die Montage. Es ergibt sich eine gedrungene, (29) untergebracht ist, das in der Wand eine Fassung (32) zum robuste und billige Konstruktion, die eine hohe Stosssicherheit Aufstecken auf die Stifte aufweist. 45 hat. Da Kollisionen zwischen zwei Elementen nicht zu befürch-
7. Heizvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich- ten sind und Transistoren verhältnismässig kleine Baugrössen net, dass Arbeitsbehälter (23) und Gehäuse (29) zylindrisch aus- erhalten können, lassen sich auch vergleichsweise geringe Flüs-gebildet sind sowie Durchführung (26) und Fassung (32) an sigkeitsmengen regelbar beheizen. Wenn die Menge gering ist, ihren Stirnseiten aufweisen. genügt auch ein kleinerer Transistor mit einer kleineren Ver-
8. Heizvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich- 50 lustleistung, der sich gut unterbringen lässt. Der Begriff net, dass das Gehäuse (29) an der der Fassung (32) gegenüber- «geringe Menge» wird nach oben dadurch begrenzt, dass die liegenden Stirnseite ein Handbetätigungsglied (33) zur Soll- bei einer aufrechtzuerhaltenden Temperatur abgegebene wert-Einstellung trägt. Wärme durch die Verlustleistung eines Transistors, insbeson-
9. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dere Leistungstransistors, nachgeliefert werden kann.

dadurch gekennzeichnet, dass das Ausdehnungsmedium (24) 55 Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dafür eine Flüssigkeits-Dampf-Füllung ist. gesorgt, dass die Kollektor-Emitter-Strecke des Heiztransistors
10. Heizvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn- mit einem Stromregler in Reihe liegt, der von einem Verstärker zeichnet, dass der Arbeitsbehälter (23) zu erheblich mehr als gesteuert wird, dass der Emitter über einen Vorwiderstand mit zur Hälfte, vorzugsweise 70%, mit Flüssigkeit (24a) gefüllt ist. dem einen Eingang des Verstärkers verbunden ist und dass die
11. Heizvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch 60 Basis über einen Bezugsspannungsgeber mit dem anderen Eingekennzeichnet, dass das Ausdehnungsmedium (24) als Flüssig- gang des Verstärkers verbunden ist. Dies ergibt eine sehr ein-keits-Dampf-Füllung in einem Arbeitsbehälter (23) unterge- fache Reglereinheit, bei der die Emitterspannung mit einer bracht ist, der von einer verlagerbaren Platte, wie Membran Bezugsspannung verglichen wird. Bei zu geringer Spannung

( 18) oder Balgboden, abgeschlossen ist und dass die Platte in erzeugt der Verstärker ein Ausgangssignal, das den Stromreg-Gegenrichtung vom Dampfdruck (ps) eines Kältemittels bela- es1er beeinflusst und damit einen bestimmten Kollektorstrom erzstet ist und ein diesen Druck regelndes Kälteventil (15) betätigt, wingt. Ist die Spannung zu hoch, wird dieser Kollektorstrom unterbrochen, so dass infolge Abkühlung der Masse die gewünschte Temperatur wiederhergestellt wird.

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Vorzugsweise ist der Kollektor über den Stromregler mit dem einen Pol, der Emitter über einen Emitterwiderstand mit dem anderen Pol einer Gleichspannungsquelle und die Basis mit einem eine Zwischenspannung aufweisenden Mittelan-schluss verbunden und der Bezugsspannungsgeber weist einen zwischen Mittelanschluss und anderen Pol geschalteten Spannungsteiler auf, dessen Abgriff mit dem anderen Eingang des Verstärkers verbunden ist. Dies erlaubt einen sehr einfachen Aufbau des Bezugsspannungsgebers. Durch eine Verstellung des Abgriffs des Spannungsteilers lässt sich die Bezugsspannung auf jeden gewünschten Wert einstellen.

Darüber hinaus kann der Spannungsteiler einen in Abhängigkeit von einer Fremdgrösse veränderbaren, z. B. temperaturabhängigen, Aussenfühlerwiderstand und einen Sollwert-Einstellwiderstand aufweisen. Man kann daher die Temperatur der Masse auch in Abhängigkeit von einem äusseren Fühlersignal beeinflussen, beispielsweise in Abhängigkeit von der Lufttemperatur in einem Raum, die ihrerseits von einem mittels des Wärmestellgliedes beeinflussten Ventils regelbar ist.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dafür gesorgt, dass die zu beheizende Masse und der Leistungstransistor in einem Arbeitsbehälter angeordnet sind, der eine verlagerbare Wand aufweist und mit einer Durchführung abgeschlossen ist, die drei isoliert gehaltene und mit je einem der Anschlüsse des Heiztransistors verbundene Stifte aufweist, und dass die Reglereinheit in einem Gehäuse untergebracht ist, das in der Wand eine Fassung zum Aufstecken auf die Stifte aufweist. Hierbei können Arbeitsbehälter und Gehäuse zylindrisch ausgebildet sein sowie Durchführung und Fassung an ihren Stirnseiten aufweisen. Das Gehäuse an der der Fassung gegenüberliegenden Stirnseite kann ein Handbetätigungsglied zur Sollwert-Einstellung tragen. Auf diese Weise erhält man eine zweiteilige Stellvorrichtung, die ohne Schwierigkeiten auf ein Ventil od. dgl. aufgesetzt werden kann. Reglereinheit und Stellvorrichtung lassen sich leicht voneinander trennen. Insbesondere kann die Stellvorrichtung mit verschiedenen Reglereinheiten wahlweise versehen werden, z. B. mit einer nur eine Handeinstellung aufweisenden Reglereinheit oder einer Reglereinheit, die in Abhängigkeit von einem äusseren Fühlersignal arbeitet.

Mit besonderem Vorteil ist das Ausdehnungsmedium eine Flüssigkeits-Dampf-Füllung. Bei einer solchen Füllung entspricht die Temperatur an der Trennfläche einem bestimmten Dampfdruck. Man kann daher das Stellglied als Druckreferenzgeber benutzen. Bei diesem Anwendungszweck ist die Frage der Beheizung kleiner Mengen von besonderer Bedeutung,

weil der Arbeitsbehälter nur teilweise mit Flüssigkeit gefüllt ist und sowohl die Heizung als auch die Temperaturmessung in dieser Teilfüllung erfolgen müssen. Bei Verwendung des die Temperatur messenden Heiztransistors kann man aber trotz der Teilfüllung mit sehr kleinen Arbeitsbehältern auskommen. Wenn diese zu mehr als die Hälfte mit Flüssigkeit gefüllt sind, insbesondere etwa mit 70%, hat man sogar die Möglichkeit, den Arbeitsbehälter beliebig im Raum zu orientieren.

Insbesondere kann die Flüssigkeits-Dampf-Füllung in einem Arbeitsbehälter untergebracht sein, der von einer verlagerbaren Platte, wie Membran oder Balgboden, abgeschlossen ist, und die Platte kann in Gegenrichtung vom Dampfdruck eines Kältemittels belastet sein und ein diesen Druck regelndes Kälteventil betätigen. Dies ergibt einen sehr einfachen Aufbau,

weil der Dampfdruck im Arbeitsbehälter unmittelbar mit dem Dampfdruck im Kälteventil verglichen und dieses im Sinne einer vorbestimmten Relation zwischen den beiden Drücken verstellt wird. Ein solches Kälteventil kann als Saugdruckregler, Thermoventil, Kapazitätsregler und anderes mehr in Kälteoder Klimaanlagen verwendet werden.