CH637203A5

CH637203A5 - Ventil fuer kaeltemittelverdampfer.

Info

Publication number: CH637203A5
Application number: CH1106478A
Authority: CH
Inventors: Leif Nielsen; Jakob Steen Jakobsen
Original assignee: Danfoss As
Priority date: 1977-11-03
Filing date: 1978-10-26
Publication date: 1983-07-15
Also published as: DD139640A5; JPS5474548A; DK150250B; IT1160902B; SE437424B; DE2749250C3; DK478278A; DE2749250B2; CA1091940A; AU4128878A; FR2408101B1; GB2008799A; DE2749250A1; FR2408101A1; GB2008799B; SE7811363L; AU525688B2; DK150250C; US4475686A; JPS5813821B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil für Kältemittelverdampfer, mit mindestens einer einen Temperaturfühler enthaltenden Steuereinrichtung, mit einem Druckbehälter, mit einem 40 den Druckbehälter abschliessenden, eine verlagerbare Druckfläche aufweisenden Verschlussglied im Innern des Druckbehälters, das Verschlussglied auf der einen Seite vom Dampfdruck eines Mediums und auf der andern Seite als Gegenkraft mindestens von einer Feder beaufschlagt ist, wobei im Betrieb Kraft 45 und Gegenkraft einen Gleichgewichtszustand einzuhalten bestimmt sind.

Es ist ein thermostatisches Expansionsventil bekannt, das einen teilweise mit einer dampfbildenden Flüssigkeit gefüllten Fühler aufweist. Dieser ist am Ende der Überhitzungsstrecke so am Verdampferaustritt angebracht. Infolgedessen stellt sich im Fühler ein der gemessenen Temperatur entsprechender Dampfdruck ein. Dieser Dampfdruck wirkt auch in dem Druckbehälter, der an dem am Verdampfereintritt angeordneten Ventil angebracht ist, und damit auf die erste Druckfläche, die als ss Membran oder Balgboden ausgebildet sein kann. Auf der anderen Seite wirkt eine einstellbare Feder und der Verdampferdruck.

Bei einem solchen Expansionsventil wird die Grösse der statischen Überhitzung, also diejenige Temperaturdifferenz, bei 60 der das Ventil zu öffnen beginnt, mit Hilfe der Feder eingestellt. Eine Anpassung der Überhitzung kann aber nur an der Einbau-steile vorgenommen werden. Will man eine andere Öffnungskennlinie erhalten, also insbesondere eine Kennlinie mit anderer Neigung, so muss die Einspritzdüse mit dem Ventilsitz geän-65 dert werden, was entweder einen Austausch des gesamten Ventils oder wenigstens des Düseneinsatzes zur Folge hat.

Bekannt ist ferner ein thermostatischer Niveauregler für Kälteanlagen, bei dem ein in den Sammler eines überfluteten

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Verdampfers eingesetzter Fühler einen Heizkörper aufweist, werden. Dieser hat den Vorteil, dass bei zu hoher Leistungszu-

der eine dampfbildende Flüssigkeit beheizt. Wird der Fühler fuhr eine automatische Strombegrenzung erfolgt. Des weiteren von flüssigem Kältemittel benetzt, wird in erheblichem Masse kann auch ein Leistungstransistor verwendet werden, der das

Wärme abgeführt. Infolgedessen stellen sich in Abhängigkeit Medium durch seine Verlustleistung beheizt. Weitere Möglich-

von der Füllstandshöhe zwei unterschiedliche Dampfdrücke im 5 keiten bestehen darin, um den Druckbehälter eine Hochfre-

Fühler und damit im Druckbehälter des thermostatischen Ven- quenzspule anzuordnen und das Medium induktiv zu beheizen, tils ein. Hiermit ist jedoch nur eine Zweipunktregelung möglich. Bei einem elektrisch leitenden Medium kann man als Heizvor-

Des weiteren ist ein thermohydraulisches Ventil für Hei- richtung auch zwei Elektroden verwenden, die mit einem verän-

zungsanlagen o.dgl. bekannt, bei dem ein mit einem Ausdeh- derbaren Wechselstrom belastet werden.

nungsfluid gefüllter Ausdehnungsraum einseitig durch einen mit 10 In ähnlicher Weise kann statt der Heizvorrichtung auch eine dem Ventilschaft verbundenen Kolben abgeschlossen ist. In das Kühlvorrichtung vorgesehen werden, z.B. ein Peltier-Element, Fluid tauchen Heiz- und/oder Kühlelemente, die zum Beein- dessen kalte Lötstelle im Druckbehälter angeordnet ist. Es muss flussen der Temperatur und damit des Volumens des Ausdeh- dann dafür gesorgt werden, dass die Temperatur des Mediums nungsfluids über eine Steuereinheit von einem Raumthermosta- im Druckbehälter tiefer liegt als die Temperatur des Kältemitten mit Energie versorgt werden. Die Temperatur des Ausdeh- 15 tels oder der Umgebungsluft. Auch in diesem Zusammenhang nungsfluids wird durch einen Temperaturfühler gemessen und empfiehlt sich eine Wärmeleitbrücke zum Ventil und/oder Aus-an die Steuereinheit zurückgemeldet. Die Rückstellung des senrippen am Druckbehälter.

Ventils erfolgt mittels einer Feder. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dafür ge-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der sorgt, dass das Medium eine Flüssigkeits- und eine Dampfphase eingangs beschriebenen Art anzugeben, das eine wesentlich 20 aufweist, auch die Flüssigkeitsphase sich im Druckbehälter befreiere Anpassung an verschiedene Betriebsbedingungen ge- findet und die Heiz-Kühlvorrichtung und der Rückmelde-Tem-stattet. peraturfühler vollständig in der Flüssigkeitsphase angeordnet

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patent- sind. Die Temperatur an der Flüssigkeitsoberfläche ist dann die-

anspruches 1 genannten Merkmale gelöst. jenige Temperatur, die für den Dampfdruck verantwortlich ist,

Während bei den bekannten, kontinuierlich verstellbaren 25 gleichgültig wie gross der Dampfraum ist. Durch Anordnung thermostatischen Ventilen mit Flüssigkeits-Dampf-Füllung ein der Teüe in der Flüssigkeit ist ein besserer Wärmeübergang fester Funktionszusammenhang zwischen dem Dampfdruck und gewährleistet.

der gemessenen Temperatur besteht, ist es mit der Steuereinheit Ferner kann man den Druckbehälter zu erheblich mehr als als Zwischenglied möglich, einen für den jeweiligen Anwen- der Hälfte, insbesondere zu angenähert 70%, mit der Flüssigdungszweck besser geeigneten Funktionszusammenhang zwi- 30 keitsphase füllen. Auf diese Weise ist es möglich, das Ventil in sehen der gemessenen Temperatur und dem Dampfdruck im beliebiger Position anzuordnen, wobei sich Heiz- oder Kühlvor-Druckbehälter zu schaffen. Dies ergibt vielfältige Möglichkei- richtung und Temperaturfühler, wenn sie etwa in der Mitte an-ten, die Ventilkennlinie zu ändern, sei es ihre Neigung oder die geordnet sind, immer innerhalb der Flüssigkeitsphase befinden, statische Überhitzung. Es ist auch möglich, das Ventil in Abhän- Günstig ist beispielsweise ein Druckbehälter mit einem Raum-gigkeit von mehr als der einen Verdampfer-Kenngrösse zu steu- 35 inhalt von ca. 20-25 cm3. Er kann insbesondere annähernd Ku-ern, wodurch sich völlig neuartige Regelmöglichkeiten ergeben, gelform haben.

insbesondere solche, die zu einer optimalen Füllung des Ver- Als Rückmelde-Temperaturfühler empfiehlt sich ein NTC-

dampfers führen. Weitere Möglichkeiten liegen in der Ände- Widerstand oder ein Thermoelement. Hierdurch wird die rung des Einflusses des Rückmelde-Temperaturfühlers im Steuereinheit gegengekoppelt, so dass Störeinflüsse vom Kälte-

Druckbehälter, der Änderung der Breite des Proportionalbe- 40 mittel oder von der Umgebungsluft rasch berücksichtigt werden,

reichs des Regelkreises und dergleichen. Wesentlich ist hierbei, Mit besonderem Vorteil wird die Basis-Emitter-Strecke des dass all diese Eingriffe fernbedient werden können und dass der Leistungstransistors als Rückmelde-Temperaturfühler verwen-

Abstand zwischen dem Ventil und dem zugehörigen Fühler, der det, weil dann Heizvorrichtung und Temperaturfühler in einem bisher durch die zulässige Länge des Kapillarrohres begrenzt Element kombiniert werden. Dies ergibt eine einfachere Mon-

war, völlig beliebig gewählt werden kann. 45 tage, eine noch sicherere Temperaturmessung und ausserdem

Grosse Vorteile werden in der Herstellung dadurch erzielt, auch eine Sicherung gegen eine zu grosse Leistungszufuhr.

dass ein einziger Ventiltyp in Verbindung mit einer Steuereinheit sich für eine viel grössere Anzahl von Verwendungszwek- Bei einem Ausführungsbeispiel weist der Druckbehälter ken als früher eignet, z.B. dadurch, dass ein und dieselbe Dü- eine mehrpolige Durchführung auf, wobei der Temperaturfüh-sengrösse für einen grösseren Leistungsbereich oder ein und so 1er mit dem ersten Pol und dem zweiten Pol und der Heizwider-dasselbe Ventil für mehrere verschiedene Kältemittel verwen- stand mit dem dritten Pol und dem vierten Pol oder der Masse det werden kann. Auch lässt sich ein und derselbe Druckbehäl- des Druckbehälters verbunden ist. Insbesondere kann die mehr-ter für verschiedene Ventile anwenden. Im Ganzen genommen polige Durchführung Steckstifte aufweisen, die - durch einen erreicht man höhere Produktionszahlen und einen kleineren La- Isolierstoff, wie Glas, isoliert - einen schalenförmigen Deckel gerbestand. 55 des Druckbehälters durchsetzen. Dies ergibt eine einfache Mon-Zweckmässigerweise liegt die Temperatur des Mediums im tage, da alle Bauteile an diesen Steckstift befestigt werden kön-Arbeitsbereich 25° bis 45°C, vorzugsweise 300 bis 40 °C, höher nen und dann der Deckel mit der Wand des Druckbehälters als die des Kältemittels. Insbesondere sollte sie auch etwas über verschweisst werden kann.

der Umgebungstemperatur liegen, damit sich durch die Wärme- Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist an die Steuerabfuhr eine grosse Reaktionsgeschwindigkeit ergibt. Trotzdem 60 einheit ein äusserer Temperaturfühler angeschlossen, der am ist die zugeführte Wärmemenge nicht grösser als unbedingt not- Verdampferaustritt anliegt und ein sich mit ändernder Tempe-wendig. Vorzugsweise wird der Druckbehälter über eine metal- ratur kontinuierlich änderndes elektrisches Signal abgibt. Dieses lische Wärmeleitbrücke mit dem Ventilgehäuse verbunden oder Signal kann in der Steuereinheit unmittelbar elektrisch verar-der Druckbehälter wird aussen mit Kühlrippen versehen. beitet werden.

Die Heizvorrichtung kann durch eine Spirale aus 65 Des weiteren kann die Steuereinheit einen Einstellwider-

Widerstandsdraht gebildet sein. Dieser Draht hat eine verhält- stand aufweisen, mit dem der Anfangspunkt der öffnungskenn-

nismässig grosse Oberfläche zur Wärmeabgabe. Statt dessen linie des Ventils verschiebbar ist. Des weiteren kann sie einen oder zusätzlich kann ein PTC-Widerstandskörper verwendet Einstellwiderstand aufweisen, mit dem die Neigung,der öff-

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nungskennlinie des Ventils veränderbar ist. Dies ergibt bereits zahlreiche Anpassmöglichkeiten.

Mit besonderem Vorteil kann an die Steuereinheit ein zweiter äusserer Temperaturfühler angeschlossen werden, der am Verdampfereintritt anliegt. Wenn in der Steuereinheit die Temperaturdifferenz zwischen diesen beiden Fühlern ausgewertet wird, braucht auf der weiten Druckfläche kein Verdampfungsdruck zu wirken; auf eine entsprechende Leitung, die diesen Verdampferdruck zuführt, kann daher verzichtet werden.

Des weiteren kann der erste äussere Temperaturfühler am Ende und ein weiterer äusserer Temperaturfühler, der ein Gegenkopplungssignal abgibt, am Anfang der Überhitzungsstrecke am Verdampferaustritt angeordnet sein. Auf diese Weise wird etwaige Flüssigkeit am Verdampferaustritt früher festgestellt. Durch Gegenkopplung können etwaige Pendelungen gedämpft werden.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dafür gesorgt, dass der Druckbehälter mit einem Oberteil des Ventilgehäuses eine Einheit bildet und lösbar mit einem einen auswechselbaren Ventilsitz-Einsatz versehenen Ventilgehäuse-Unterteil verbunden ist. Auf diese Weise lässt sich ein und derselbe Druckbehälter mit verschiedenen Ventüsitz- oder Düseneinsätzen oder mit verschiedenen Ventilgehäuse-Unterteilen kombinieren.

Es besteht auch die Möglichkeit, dass der Druckbehälter unterhalb der Membran ein Schraubgewinde zur Verbindung mit dem Ventilgehäuse aufweist. Auch auf diese Weise lässt sich ein und derselbe Druckbehälter in Verbindung mit verschiedenen Ventilen anwenden. All dies ergibt erhebliche Rationalisierungsvorteile.

Eine Verwendung des Ventües besteht als Pilotventil für ein Hauptventil. Hierbei kann es auf dem Deckel des Hauptventils montiert sein, wobei Pilotkanäle im Gehäuse und im Deckel des Hauptventils vorgesehen sind.

Die Steuereinrichtung kann einen beliebigen Aufbau haben. Besonders empfehlenswert ist aber eine Steuereinrichtung mit den folgenden Bestandteilen:

a) eine erste Brückenschaltung mit einem äusseren Tempe-raturfühler-Widerstand und einem Potentiometer sowie einem ersten von deren Diagonalspannung über einen Einstellwiderstand gespeisten Verstärker,

b) eine zweite Brückenschaltung mit einem Rückmelde-Temperaturfühler-Widerstand und einem Justier-Potentiome-ter sowie einem zweiten, von deren Diagonalspannung gespeisten Verstärker,

c) einer zwei einstellbare Widerstände aufweisenden Sum-mationsschaltung, in der die Ausgangssignale des ersten und zweiten Verstärkers summiert werden, und d) einen dritten, hiervon gespeisten Verstärker mit nachgeschaltetem Stromregler, der mit der Heiz- oder Kühlvorrichtung in Reihe liegt.

Mit den genannten Einstellmöglichkeiten lässt sich eine Anpassung an die wichtigsten Regelprobleme erzielen. Ein Eingriff an weiteren Stellen, zur Berücksichtigung weiterer Gesichtspunkte, ist ebenfalls möglich.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein thermostatisches Expansionsventil gemäss der Erfindung mit Steuereinheit und zugehörigen Fühlern für einen Zwangsdurchlaufverdampfer,

Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform eines erfin-dungsgemässen Ventils,

Fig. 3 ein erfindungsgemässes Ventil als Pilotventil für ein servogesteuertes Hauptventil eines Zwangsdurchlaufverdampfers,

Fig. 4 ein erfindungsgemässes Ventil als Pilotventil für ein servogesteuertes Hauptventil eines überfluteten Verdampfers,

Fig. 5 Ventilkennlinie für den Betrieb eines Zwangsdurchlaufverdampfers und

Fig. 6 eine Ausführungsform einer Schaltung für die Steuereinheit.

Ein thermostatisches Expansionsventil 1 ist am Eintritt 2 eines Verdampfers 3 einer Kälteanlage angeordnet, dessen Austritt durch eine Überhitzungsstrecke 4 gebildet ist, die über eine Saugleitung 5 mit einem Verdichter 6 verbunden ist. Dieser führt über einen Kondensator 7 wieder zum Expansionsventil.

Dieses Ventil weist ein Gehäuse 8 mit einem Eintrittsraum 9 und einem Austrittsraum 10 auf, zwischen denen sich ein auch als Düse bezeichneter Ventilsitz 11 befindet. Das zugehörige Verschlussstück 12 steht einerseits unter dem Einfluss einer Feder 13, die mit Hilfe eines Schraubstutzens 14 justierbar ist und stützt sich andererseits unter Zwischenschaltung einer Druckplatte 15 an einer Membran 16 ab, die vom Dampfdruck pf in einem Druckbehälter 17 belastet ist. Der Raum 18 unterhalb der Membran ist mit einem Balgelement 19 versehen, das den Ventilschaft 20 derart abschliesst, dass der Kondensatordruck keinen Einfluss auf die Ventilfunktion hat.

Der Druckbehälter 17 ist einstückig mit der Membran 16 und einem Flansch 21 mit Schraubgewinde 22 ausgebildet. Er kann daher vom Ventilgehäuse 8 abgeschraubt und auf ein anderes Ventilgehäuse aufgeschraubt werden. Der Druckbehälter 17 weist eine Kapsel 23 auf, die oben durch eine Schale 24 abgeschlossen ist. Diese wird von drei Stiften 25,26 und 27 durchsetzt, welche mittels einer Glasisolierung 28 in Durchbrüchen der Schale gehalten sind, so dass sich eine elektrische Durchführung 29 ergibt. Im Druckbehälter 17 befindet sich ein zweiphasiges Medium 30 mit einer Flüssigkeitsphase 30a und einer Dampfphase 30b. In der Flüssigkeitsphase ist ein Heizwiderstand 31 in der Form eines Heizwendeis untergebracht, der von Drahtträgern 32 gehalten wird. Ausserdem befindet sich in der Flüssigkeitsphase ein NTC-Widerstand 33, der als Rückmelde-Temperaturfühler dient. Dieser Fühler ist mit den Stiften 25 und 26 verbunden, der Heizwiderstand 31 mit dem Stift 27 und der Masse des Druckbehälters 17.

Masse und Stifte sind über vier Leitungen 34 mit einer Steuereinheit 35 verbunden, die einen Drehknopf 36 zur Sollwerteinstellung aufweist. Des weiteren sind an die Steuereinheit drei äussere Temperaturfühler angeschlossen. Ein Fühler 37 liegt am Ende, ein weiterer Fühler 38 am Anfang der Überhitzungsstrecke 4. Noch ein anderer Fühler 39 ist am Eintritt des Verdampfers vorgesehen. Hiermit lässt sich folgende Betriebsweise erreichen: Die Differenz der von den Fühlern 37 und 39 gemessenen Temperaturen ist ein genaues Mass für die Überhit-zungstemperatur. Mit Hilfe der Steuereinheit 35 wird die Temperatur der Füllung 30 durch Beheizen des Heizwiderstandes 31 und damit der Dampfdruck p£ auf einem solchen Wert gehalten, dass das Expansionsventil 1 eine Öffnungsstellung einnimmt, bei der die gewünschte Überhitzungstemperatur annähernd konstant gehalten wird. Mit Hilfe des Fühlers 38 wird erreicht, dass bei einem plötzlichen Kältebedarf und einem entsprechenden Öffnen des Ventils 1 der Schliessvorgang bereits beginnt, wenn dieser Fühler 38 abgekühlt wird, weil am Beginn der Überhitzungsstrecke 4 vom Kältemitteldampf noch flüssige Kältemitteltröpfchen mitgeführt werden. Zur Anpassung an unterschiedliche Ventilgrössen, unterschiedliche Einbauorte und unterschiedliche Kältemittel können verschiedene Einstellungen an der Steuereinheit 35 vorgenommen werden, auf die in Verbindung mit den Fig. 5 und 6 hingewiesen wird. Besonders wichtig ist in diesem Zusammenhang, dass es unnötig ist, die Membran 16 von unten durch den Verdampferdruck zu belasten,

weil der Fühler 39 einen ähnlichen Einfluss nimmt.

In Fig. 2 ist eine abgewandelte Ausführungsform dargestellt, bei der für entsprechende Teile dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet werden. Das thermostatische Expansionsventil 4'0 weist ein Gehäuse-Unterteil 41 auf, in welches ein den Ven-

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tilsitz 42 tragender Düseneinsatz 43 eingesetzt und mittels eines Gehäuseoberteils 44 festgehalten ist. An diesem Gehäuseoberteil ist mittels eines Flansches 45 der Druckbehälter 17 einstük-kig verbunden. Ein solches Oberteil kann demnach für verschiedene Düseneinsätze 43 und verschiedene Gehäuseunterteile 41 verwendet werden. Das Verschlussstück 46 weist einen Schaft 47 auf, der unter dem Einfluss einer Feder 48 steht und unter Zwischenschaltung eines Druckschuhs 49 an der Membran 16 anliegt. Diese steht von oben unter dem Dampfdruck p£ im Behälter 17 und unten unter dem Druck pv im Raum 50, der über einen Anschlussstutzen 44a mit dem Verdampfer verbunden ist.

Der Verdampferaustritt wird durch ein Rohr 51 gebildet, in welchem drei Fühler 52,53 und 54 angeordnet sind, die über eine Leitungsverbindung 55 mit der Steuereinheit 35 verbunden sind. Die Fühler 52 und 54 stellen mit reinem Zweipunktverhalten fest, ob das Kältemittel überhitzt oder nass ist. Der Fühler 53 stellt die Temperatur des Kältemittels fest. Aus den Messergebnissen und den Einstellungen in der Steuereinheit 35 lässt sich für jeden Betriebszustand ein Dampfdruck pf erzeugen, der eine optimale Füllung des Verdampfers 3 zur Folge hat.

Bei dieser Ausführungsform ist in der Flüssigkeitsphase 30a ein Leistungstransistor 56 angeordnet, der so mit Strom beschickt wird, dass seine Verlustleistung die Beheizung der Füllung 30 besorgt. Gleichzeitig dient der Spannungsabfall an der Basis-Emitter-Strecke dieses Transistors als Temperaturfühler, da sich dieser Spannungsabfall z.B. bei einem Siliziumtransistor mit 0,02 V/°C ändert.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 wird ein servogesteuertes Hauptventil 57 von einem Pilotventil 58 gesteuert, wobei diese Anordnung beispielsweise an Stelle des Ventils 1 in Fig. 1 in eine Kälteanlage eingeschaltet werden kann. Der Druckbehälter 17 bildet eine Einheit mit dem Gehäuseoberteil 59 des Pilotventils 58. Zwischen dieses Oberteil und ein Gehäuseunterteil 60 ist ein Düseneinsatz 61 geschaltet, der einen Ventilsitz 62 für das Verschlussstück 63 trägt. Der zugehörige Ventilschaft 64 steht unter der Belastung einer Feder 65, wird oben von einem Balg 66 umschlossen und liegt unter Zwischenschaltung des Druckschuhs 46 an der Membran 16 an. Ein Anschlussstutzen 67 verbindet den Ausgang des Pilotventils mit dem Verdampfer.

Das Hauptventil 57 weist ein Gehäuse 68 auf, das oben durch das Gehäuse-Unterteil 60 des Pilotventils 58 abgedeckt ist und einen Düseneinsatz 69 mit Ventilsitz 70 für ein Verschlussglied 71 aufweist. Dieses ist mit einem Kolben 72 verbunden, der unter dem Einfluss einer Feder 73 und des Druckunterschiedes zwischen den Räumen 74 und 75 steht. Der Raum 75 steht über eine Drossel 76 mit dem Eintritsraum 9 und über eine weitere Drossel 77 mit dem Raum 74 in Verbindung. Dieser bildet gleichzeitig den Eintrittsraum für das Pilotventil. Zwischen die Feder 73 und das Verschlussglied 63 ist eine Stützplatte 78 gelegt.

Wenn durch einen vorgegebenen Dampfdruck pf im Druckbehälter 17 dem Verschlussglied 63 eine bestimmte Stellung gegeben ist, strömt Kältemittel über die Drosselstellen 76,77 und den Ventilsitz 62 des Pilotventils 58 in den Verdampfer. Die Menge des Kältemittels und damit der Druckabfall an der Drossel 77 hängt von der Öffnungsstellung des Pilotventils ab. Der Kolben 72 nimmt eine Gleichgewichtsstellung ein, in der dieser Druckabfall multipliziert mit der Kolbenfläche der Kraft der Feder 73 entspricht. Infolgedessen wird das Hauptventil 57 dem Pilotventil 58 nachgeführt.

Der Druckbehälter 17 ist aussen mit Kühlrippen 17a versehen. Zum Zweck der Abkühlung kann daher nicht nur Wärme über die Wärmeleitbrücke an das Pilotventil 58, sondern auch an die Umgebungsluft abgeführt werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist ein servogesteuertes Hauptventil 79 mit einem Pilotventil 80 zur Speisung eines überfluteten Verdampfers 81 vorgesehen. Sowohl der Flüssigkeitsraum 82 als auch der Dampfraum 83 sind über je eine Leitung mit einem Niveaufühler 84 verbunden, der einen Schwimmer 85 mit einem Anker 86 aufweist. Dieser greift in einen Signalgeber 87 in der Form einer Magnetspule, die über 5 eine Leitung 88 mit der Steuereinheit 35 verbunden ist. Ein ähnlicher Signalgeber 89 wird von einem mit dem Verschlussstück 90 des Hauptventils 79 verbundenen Anker 91 betätigt. Er dient als Positionsgeber 92 und ist über eine Leitung 93 mit der Steuereinheit 35 verbunden. Im übrigen ist das Hauptventil io 79 recht ähnlich aufgebaut wie das Hauptventil 57. Es gibt demnach ein Gehäuse 94, einen Düseneinsatz 95 mit Ventilsitz 96, einen Kolben 97, eine Feder 98 und zwei Drosselstellen 99 und 100. Der Raum 101 oberhalb des Kolbens ist gleichzeitig der Eintrittsraum des Pilotventils 80. Er wird durch einen Deckel 15 102 abgeschlossen, in welchem ein Pilotkanal 103 vorgesehen ist, der über einen Pilotkanal 104 im Ventilgehäuse 94 mit dem Ausgangsraum 10 verbunden ist.

Im Gehäuse 105 des Pilotventils, das in den Deckel 102 einschraubbar ist, befinden sich exzentrische Kanäle und ein 20 zentrischer Kanal 107, der vom Ventilsehaft durchsetzt wird. Das Verschlussstück 108 wirkt mit einem Ventilsitz 109 zusammen. Eine Feder 110 belastet den Ventilschaft.

Auch bei dieser Anordnung folgt das Hauptventil Änderungen des Pilotventils. Dieses verstellt sich in Abhängigkeit vom 25 Dampfdruck pf im Behälter 17, vom Verdampferdruck pv unterhalb der Membran 16 und von der Feder 110. Insgesamt ergeben sich mehrere Rückkopplungen im Sinne einer Kaskadenregelung. Zunächst bildet die Feder 98 eine Rückkopplungsfeder zwischen dem Kolben 97 des Hauptventils 79 und dem Ver-30 schlussglied 108 des Püotventils 80. Des weiteren gibt der Positionsfühler 92 ein Lagesignal und der Niveaufühler 84 ein Füllstandssignal an die Steuereinheit 35. Schliesslich ist eine dritte Rückkopplung mit Hilfe des Temperaturfühlers 33 gegeben, die solche Störungen kompensiert, die von der Umgebungstempe-35 ratur oder geänderten Abkühlungsverhältnissen aufgrund des durch das Ventil fliessenden Kältemittels verursacht sind.

Geht man bei der Ausführungsform der Fig. 1 von der vereinfachenden Annahme aus, dass lediglich die Fühler 37 und 39 vorhanden sind, dann kann man Ventilkennlinien auftragen, in 4o denen die Durchflussmenge Q über der Überhitzungstempera-tur At aufgetragen ist. Für eine bestimmte Einstellung ergibt sich eine Kennlinie A mit einer vorgegebenen statischen Überhitzung a. Durch eine Einstellung an der Steuereinheit 35 lässt sich diese statische Überhitzung verkleinern (b) oder vergrös-45 sera (c), wodurch sich parallel verschobene Kennlinien B bzw. C ergeben.

Darüber hinaus lässt sich mittels der Steuereinheit 35 auch die Neigung der Kennlinien verändern, so dass sich die Kennlinien D und E einstellen lassen. Selbstverständlich kann auch so gleichzeitig die statische Überhitzung und die Neigung der Kennlinie geändert werden.

Ein Schaltungsbeispiel für die Steuereinheit der Fig. 1 ist in Fig. 6 veranschaulicht. Eine erste Brücke B1 ist unter Verwendung von Vorschaltwiderständen R1 und R2 zwischen die 55 Klemmen V + und V— für die positive und negative Spannung gelegt. Die Brücke weist in ihrem einen Zweig einen temperaturabhängigen Widerstand R3, der dem Fühler 39 entspricht, ein Potentiometer R4, das zur Einstellung der statischen Überhitzung dient, und einen temperaturabhängigen Widerstand R5, 60 der dem Fühler 37 entspricht, auf. Der andere Zweig besteht aus zwei festen Widerständen R6 und R7, welche den geerdeten Bezugspunkt der Brücke B1 festlegt. Die beiden Diagonalspannungen werden über je einen Widerstand R8 und R9 an die beiden Eingänge eines ersten Verstärkers AI gelegt. Der Wi-65 derstand R8 ist einstellbar, um auf diese Weise den Verstärkungsfaktor zu ändern und damit die Neigung der Kennlinie zu ändern. Der invertierende Eingang ist über einen Widerstand RIO, einen Einstellwiderstand RI 1 und einen festen Wider

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stand R12 mit dem geerdeten Bezugspunkt verbunden. Zwischen den Widerständen RIO und RH zweigt die Reihenschaltung eines Kondensators Cl, eines Einstellwiderstandes R13 und eines festen Widerstandes R14 ebenfalls zum geerdeten Bezugspunkt ab.

Eine zweite Brücke B2 liegt unter Verwendung von Vorwiderständen R15 und R16 zwischen den Spannungsquellen V+ und V—. Sie weist in dem einen Zweig einen temperaturabhän-gigen Widerstand R16 auf, der dem Fühlerwiderstand 30 entspricht, ferner ein Potentiometer R17, mit dem eine Justierung möglich ist, und einen festen Widerstand R18. Der andere Zweig besteht aus zwei Widerständen R19 und R20, zwischen denen sich ein geerdeter Bezugspunkt ergibt. Die Diagonalpunkte sind über die Widerstände R21 und R22 mit den Eingängen eines zweiten Verstärkers A2 verbunden, der mit einem Gegenkopplungswiderstand R23 versehen ist.

In einer Summationsschaltung S, die zwei einstellbare Widerstände R24 und R25 aufweist, über die die Ausgangssignale der beiden Verstärker AI und A2 einem dritten Verstärker A3 zugeführt werden, dessen anderer Eingang über einen Widerstand R26 an dem geerdeten Bezugspunkt liegt. Der Ausgang dieses Verstärkers ist über einen Widerstand R27 mit einem aus zwei Transistoren Tri und Tr2 in Darlington-Schaltung bestehenden Transistorverstärker verbunden. In Reihe mit der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Tr2 liegt ein Heizwiderstand R28, der dem Widerstand 29 entspricht. Das Emitterpotential wird über einen Widerstand R29 an den invertierenden Eingang des Verstärkers A3 rückgeführt.

Diese Schaltung ermöglicht eine proportionale Leistungsverstärkung der am nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers A3 addierten Spannungen aus den beiden Operationsverstärkern AI und A2. Mit Hilfe der veränderbaren Widerstände s R24 und R25 ist es möglich, die Einflüsse aus den beiden Brük-ken B1 und B2 mit unterschiedlichem Gewicht zu berücksichtigen. Mit Hilfe der Widerstände RI 1 und R13 lässt sich der Proportionalitätsfaktor und die Integrationskonstante beim Verstärker AI einstellen. Insgesamt lässt sich auf diese Weise m eine Regelung erreichen, bei der der Integrationskondensator Cl keine sehr grossen Werte annehmen muss.

Der Drehknopf 36 kann dem Potentiometer R4 zugeordnet 15 werden. Für den Einstellwiderstand R8 kann ein zweiter Drehknopf vorgesehen werden. Auch für die Änderung der Reglerkonstanten mit den Widerständen Rll und R13 können entsprechende Stellknöpfe vorgesehen werden, es besteht aber auch die Möglichkeit, diese Verstellung automatisch im Sinne 20 einer adaptiven Regelung vorzunehmen. Es bedarf nur geringfügiger Modifikationen, wenn als Temperaturfühler 33 ein Thermoelement eingesetzt wird oder wenn der Heizwiderstand 32 durch einen Leistungstransistor 56 ersetzt wird. Auch wenn statt einer Heizvorrichtung eine Kühlvorrichtung verwendet 25 wird, erfordert dies nur geringfügige Änderungen an der gesamten Schaltung. Das gleiche gilt, wenn zur Beeinflussung des Regelverhaltens weitere Fühler vorhanden sind, diese können gleichsinnig mit den Widerständen RI 1 und R13 wirken.

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5 Blatt Zeichnungen

Claims

637 203 PATENTANSPRÜCHE

1. Ventil für Kältemittelverdampfer, mit mindestens einer einen Temperaturfühler enthaltenden Steuereinrichtung, mit einem Druckbehälter, mit einem den Druckbehälter abschliessenden, eine verlagerbare Druckfläche aufweisenden Verschlussglied im Innern des Druckbehälters, das Verschlussglied auf der einen Seite vom Dampfdruck eines Mediums und auf der andern Seite als Gegenkraft mindestens von einer Feder beaufschlagt ist, wobei im Betrieb Kraft und Gegenkraft einen Gleichgewichtszustand einzuhalten bestimmt sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Innern des Druckbehälters (17) zur Festlegung des Dampfdruckes eine Heiz- oder Kühlvorrichtung (31,56) befindet, die mit der Steuereinrichtung (35) elektrisch verbunden ist, ferner im Innern des Druckbehälters (17) ein die Temperatur des Mediums messender Temperaturfühler (33,56) vorhanden ist, Mittel zur Wärme- oder Kälteabfuhr vom Druckbehälter (17) vorhanden sind, und die Steuereinrichtung Mittel (R5, R8) aufweist zur Veränderung des Dampfdruckes im Druckbehälter in Abhängigkeit vorbestimmter Werte.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (17) aussen Kühlrippen aufweist oder über eine metallische Wäremleitbrücke mit dem Ventilgehäuse (8, 44,59,105) verbunden ist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung durch einen Wendel (31) aus Widerstandsdraht gebildet ist.

4. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung durch einen PTC-Widerstandskörper gebildet ist.

5 fühler (39) angeschlossen ist, der dazu bestimmt ist, die Temperatur an einem Verdampfereintritt (2) zu messen.

5. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung durch einen Leistungstransistor (56) gebildet ist.

6. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung durch ein Peltier-Element gebildet ist.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium (30) eine Flüssigkeits- und eine Dampfphase (30a, 30b) aufweist, die Flüssigkeitsphase sich im Druckbehälter (17) befindet und die Heiz- oder Kühlvorrichtung (31,56) und der Rückmelde-Temperaturfühler (33,56) vollständig in der Flüssigkeitsphase angeordnet sind.

8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (17) zu erheblich mehr als der Hälfte, insbesondere zu angenähert 70%, mit der Flüssigkeitsphase (30a) gefüllt ist.

9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückmelde-Temperaturfühler (33) ein NTC-Widerstand ist.

10. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückmelde-Temperaturfühler (33) ein Thermoelement ist.

11. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückmelde-Temperaturfühler durch die Basis-Emitter-Strecke des Leistungstransistors (56) gebildet ist.

12. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (17) eine mehrpolige Durchführung (29) aufweist, wobei der Temperaturfühler (33) mit dem ersten Pol und dem zweiten Pol und der Heizwiderstand (31) mit dem dritten Pol und dem vierten Pol oder der Masse des Druckbehälters verbunden ist.

13. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrpolige Durchführung (29) Steckstifte (25,26,27) aufweist, die - durch einen Isolierstoff (28), wie Glas, isoliert - einen schalenförmigen Deckel (24) des Druckbehälters (17) durchsetzen.

14. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass an die Steuereinrichtung (35) ein äusserer Temperaturfühler (37) angeschlossen ist, der dazu bestimmt ist, die Temperatur an einem Verdampferaustritt (4) zu messen und ein sich mit ändernder Temperatur kontinuierlich änderndes elektrisches Signal abgibt.

15 dem Ventilgehäuse (8) aufweist.

15. Ventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass an die Steuereinrichtung (35) ein zweiter äusserer Temperatur-

16. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (17) mit einem Oberteil (44) des Ventilgehäuses eine Einheit bildet und lösbar mit io einem auswechselbaren Ventilsitz-Einsatz (43) versehenen Ventilgehäuse-Unterteil (41) verbunden ist.

17. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (17) unterhalb der Membran (16) ein Schraubgewinde (22) zur Verbindung mit

18. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (35) aufweist a) eine erste Brückenschaltung (Bl) mit einem äusseren Temperaturfühler-Widerstand (R5) und einem Potentiometer

20 (R4) sowie einem ersten von deren Diagonalspannung über einen Einstellwiderstand (B2) gespeisten Verstärker (AI),

b) eine zweite Brückenschaltung (B2) mit einem Rückmel-de-Temperaturfühler-Widerstand (R16) und einem Justier-Po-tentiometer (17) sowie einem zweiten, von deren Diagonalspan-

25 nung gespeisten Verstärker (A2),

c) einer zwei einstellbare Widerstände (R24, R25) aufweisenden Summationsschaltung (S), in der die Ausgangssignale des ersten und zweiten Verstärkers (Al, A2) summiert werden und

30 d) einen dritten, hiervon gespeisten Verstärker (A3) mit nachgeschaltetem Stromregler (Tri, Tr2), der mit der Heizoder Kühlvorrichtung (R28) in Reihe liegt.

19. Verwendung des Ventiles nach einem der Ansprüche 1 bis 18 als Pilotventil.