DD139639A5

DD139639A5 - Ventil fuer kaelteanlagen

Info

Publication number: DD139639A5
Application number: DD78208638A
Authority: DD
Inventors: Zbigniew R Huelle; Nielsen Leif; Jakob S Jakobsen
Original assignee: Danfoss As
Priority date: 1977-11-03
Filing date: 1978-10-24
Publication date: 1980-01-09
Also published as: GB2008798A; DE2749249B2; SE437566B; AU525339B2; JPS5836266B2; DK150667C; FR2408100B1; DE2749249C3; DK470078A; SE7811362L; IT7869510A0; FR2408100A1; GB2008798B; DE2749249A1; US4364238A; CH636430A5; CA1091941A; JPS5474527A; AU4128778A; IT1109605B

Description

Berlin, den 8. 2. 1979 GZ 54 370 16

Ventil für Kälteanlagen .

Anwendungsgebi et _der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil für Kälteanlagen, dessen Verschlußglied in Abhängigkeit von dem auf eine erste verlagerbare Druckfläche wirkenden Dampfdruck des Kältemittels, insbesondere dem Verdampferdruck, und von einer in Gegenrichtung wirkenden Referenzkraft einen Gleichgewichtszustand einnimmt·

Charakteristik der bekannten technischen._Lösun_gen

Bei bekannten Ventilen dieser Art dient als .Referenzkraft eine einstellbare Federe. Derartige Ventile können dazu verwendet werden, den Verdampferdruck in einer Kälteanlage konstant zu halten* Eine Änderung des gewünschten Verdampferdrucks ist jedoch schwierig; sie erfordert eine Verstellung der Feder am Einbauort <. Außerdem läßt sich der Verdampferdruck nicht genau auf dem gewünschten Wert halten, weil bei. einem größeren -Eälteroitteldurchsatz das Ventil stärker öffnen muß und sich dabei eine höhere Referenzkraft einstellt.

Ferner sind thermohydraulische Ventile.für Heizungsanlagen o, dgl«, bekannt, bei denen ein mit einem Ausdehnungsmittel gefüllter Druckzylinder an dem einen Ende durch einen festen

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Deckel und an dem anderen Ende durch einen mit dem Ventilschaft verbundenen Kolben abgeschlossen ist· In dem Aasdehnungsmittel ist ein Heiz- und/oder Kühlelement untergebracht, dem von einem Steuergerät in Abhängigkeit von einem Eaumthermostaten Energie zugeführt wird. Auf diese Weise wird die !Temperatur und damit das Volumen des Ausdehnungsmittels beeinflußt. Diese Temperatur wird mittels eines Temperaturfühlers an das Steuergerät rückgemeldet· Die Rückstellung des Ventils erfolgt mittels einer Feder·

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, das Ventil für viele Anwendungen einsetzen sowie definierte Betriebsbedingungen und einfache Bedienbarkeit gewährleisten zu können.

Darlegung des Wesens der Erfindung;

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil für Kälteanlagen der eingangs beschriebenen Art anzugeben, das es erlaubt, auf einfache Weise und auch durch fernbedienung die Einstellung des gewünschten Kältemittel-Dampfdrucks au ändern und/oder den eingestellten Wert im gesamten Verstellbereich konstant zu halten.

Diese Aufgabe v/ird erfindungsgemäß dadurch gelöst_s daß zur Erzeugung der Referenzkraft ein geschlossener Druckbehälter vorgesehen ist, der einen eine zweite verlagerbare Druckfläche bildenden WaMab schnitt auf v/eist und mit ein'em Medium, das eine einen temperaturabhängigen. Druck ausübende Dampfphase ,aufweist, gefüllt ist, daß dem Medium eine von einer Steuereinheit mit Strom versorgte Heizvorrichtung und ein

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Temperaturfühler, der die Temperatur des Mediums an die Steuereinheit rückmeldet, zugeordnet sind und daß das Medium so gewählt ist, daß seine Temperatur bei einem einen Gleichgewichtszustand hervorrufenden Druck höher liegt als die Temperatur des Kältemittels im Yentil und/oder der Umgebungsluft*

In ähnlicher Weise kann statt der Heizvorrichtung auch eine Kühlvorrichtung vorgesehen werden, z. B. ein Peltier-Element, dessen kalte Lötstelle im Druckbehälter angeordnet ist» Es. muß dann dafür gesorgt werden, daß die Temperatur des Mediums im Druckbehälter tiefer liegt als die Temperatur des Kältemittels oder der Umgebungsluft.

Mit Hilfe der Heizvorrichtung wird im Druckbehälter ein Dampfdruck erzeugt, der eine unmittelbare Punktion der durch die Beheizung erzeugten Temperatur ist. Diese Temperatur kann mit Hilfe der Rückmeldung durch den Temperaturfühler auf einem vorgegebenen Wert gehalten werden, so daß sich eine konstante Druckreferenz ergibt. Diese führt zu einer wohldefinierten Eeferenzkraft, die jedoch von der Steuereinheit her geändert werden kann» Das Yentil nimmt daher eine Gleichgewichts stellung ein, die einerseits von der Referenzkraft und andererseits von der Druckkraft abhängig ist, die der Kältemittel-Dampfdruck auf die erste Druckfläche ausübt«

Da der Dampfdruck des Mediums im Druckbehälter im wesentlichen nur temperaturabhängig ist, gilt diese Beziehung im.gesamten Stellberelch des Ventils« Da der Druckbehälter dauernd Wärme an das Kältemittel bzw. die Umgebungsluft abführt, ist nicht nur ein höherer Referenzdruck durch stärke-

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re Beheizung, sondern auch ein geringerer Referenzdruck durch Abkühlenlassen rasch erzielbar, - . ..

Zweckmäßigerweise liegt die Temperatur des Mediums im Arbeitsbereich 293,15 K bis 315,15 K> vorzugsweise 303,15 K bis 313»15 Ε» höher als die des Kühlmittels«, Insbesondere sollte sie auch etwas über der Umgebungstemperatur liegen. Hiermit ergibt sich eine große Reaktionsgeschwindigkeit· Trotzdem ist die zugeführte Wärmemenge nicht größer als unbedingt notwendig. Die Reaktionsgeschwindigkeit kann noch dadurch erhöht werden, daß der Druckbehälter über eine metallische Wärmeleitbrücke mit dem Ventilgehäuse verbunden ist. Des weiteren kann der Druckbehälter außen mit Kühlrippen versehen sein.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt im Arbeitsbereich die Dampfdruck-Temperatur-Kurve des Mediums gegenüber derjenigen des Kältemittels im Bereich höherer Temperaturen. Auf diese Weise kann die erste und zweite Druckfläche gleich groß gehalten und trotzdem die erforderliche Temperaturdifferenz zv/ischen Medium und Kältemittel aufrechterhalten werden»

Wenn dagegen in der Kälteanlage und im Druckbehälter das gleiche Kältemittel verwendet werden soll, empfiehlt es sich, die zweite Druckfläche kleiner zu wählen als die erste Druckfläche. Man kann auch eine Zusatzfeder verwenden, die in Richtung des Dampfdrucks des Kältemittels wirkt.

Die Heizvorrichtung kann durch eine Spirale aus Widerstandsdraht gebildet sein.· Dieser Draht hat eine verhältnismäßig große Oberfläche zur Wärmeabgabe. Statt dessen oder zusatz-

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lieh kann ein PTC~Widerstandskörper verwendet v/erden· Dieser hat den Vorteil, daß bei zu hoher Leistungszufuhr eine automatische Strombegrenzung erfolgt. Des weiteren kann auch ein Leistungstransistor verwendet werden, der das Medium durch seine Verlustleistung beheizt. Weitere Möglichkeiten bestehen darin, um den Druckbehälter eine Hochfrequenzspule anzuordnen und das Medium induktiv zu beheizen. Bei einem elektrisch leitenden Medium kann man als Heizvorrichtung auch zwei Elektroden verwenden, die mit einem veränderbaren Wechselstrom belastet v/erden*

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Medium eine Flüssigkeits- und eine Dampfphase auf. Die Temperatur an der Flüssigkeitsoberfläche ist dann diejenige Temperatur, die für den Dampfdruck verantwortlich ist, gleichgültig wie groß der Dampfraum istο

Hierbei empfiehlt es sich, die Heiz- oder Kühlvorrichtung . und den Eüclnnelde-Temperaturfühler vollständig in der Flüssigkeitsphase anzuordnen, weil hierdurch ein besserer Wärmeübergang 'gewährleistet ist*

Ferner kann man den Druckbehälter zu erheblich mehr als der Hälfte, insbesondere zu etwa 70 %*. Etit der Fiüssigkeitsphase füllen* Auf diese weise ist es möglich, das Ventil in beliebiger Position anzuordnen, wobei sich Heiz- oder Kühlvorrichtung und Temperaturfühlers wenn sie etwa in der Mitte angeordnet sind, immer innerhalb der Flüssigkeitsphase befinden» Günstig ist beispielsweise ein Druckbehälter mit einem Rauminhalt von ca» 20 - 25 ca · Er kann insbesondere annähernd llugelforsi haben_β .

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Das Medium kann auch ein festes Adsorbens μπα ein gasförmiges Adsorbat aufweisen· Bei einer solchen Adsorptionsfüllung wird das Gas in Abhängigkeit von der Temperatur aus dem Adsorbens ausgetrieben. Auch hierbei ist der Dampfdruck im wesentlichen nur von der Temperatur abhängig·

Als Rackmelde-Temperaturfühler empfiehlt sich ein NTC-Widerstand oder ein Thermoelementο Hierdurch wird die Steuereinheit gegengekoppelt, so daß Störeinflüsse vom Kältemittel oder von der Umgebungsluft rasch berücksichtigt werden.

Mit besonderem Vorteil wird die Basis-Emitter-Strecke des Leistungstransistors als Rückmelde-Temperaturfühler verwendet, weil dann Heizvorrichtung und Temperaturfühler in einem Element kombiniert werden. Dies ergibt eine einfachere Montage, eine noch sichere Temperaturmessung und außerdem auch eine Sicherung gegen eine zu große Leistungsaufuhr.

Bei einem Ausführungsbeispiel weist der Druckbehälter eine mehrpolige Durchführung auf, wobei der Temperaturfühler mit dem ersten Pol und dem aweiten Pol und der Heizwiderstand mit dem dritten Pol und dem vierten Pol oder der Masse des Druckbehälters verbunden ist· Insbesondere kann die mehrpolige Durchführung Steckstifte aufweisen, die, durch einen Isolierstoff , wie Glas, isoliert, einen schalenförmigen Deckel des Druckbehälters durchsetzen. Dies ergibt eine einfache Montage, da alle Bauteile an diesen Steckstiften befestigt werden können und dann der Deckel mit der Wand des Druckbehälters verschweißt werden kann.

Wegen ihrer großen Einfachheit wird eine Konstruktion bevorzugt, bei der erste und zweite Druckfläche durch die beiden

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Seiten einer Platte, wie Membran oder Balgboden, gebildet sind«

line weitere Vereinfachung ergibt sich dadurch, daß die Platte mit dem Ventilsitz zusammenwirkt. Sie dient daher nicht nur als Trennung zwischen den beiden Druckmedien, als Trägerin der beiden Druckflächen, sondern auch als Verschlußglied des Ventils, .

Hierbei kann eine außerhalb des Ventilsitzes angeordnete Abstützfläche vorgesehen sein, an die sich die Platte bei zu hohem Druck im Druckbehälter anlegt. Diese Sicherung ist insbesondere dort empfehlenswert, v/o der Ventilsitz lediglich durch eine kleine Düse gebildet wird. Auf der anderen Seite_s a-lso im Druckbehälter, kann eine schalenforrnige Ringscheibe vorgesehen sein, gegen die sich die Platte bei zu hohem Dampfdruck des Kältemittels anlegte Auf diese Weise wird die Platte entlastet, wenn sich kein Druckgleichgewicht einstellen sollte.

Zur Änderung des Kältemittel-Dampfdrucks empfiehlt es sich, an die Steuereinheit einen Einstellwiderstand zum Ändern des Drucks in dem Druckbehälter anzuschließen.

Man kann aber auch eine Regelabhängigkeit von einer weiteren physikalischen Größe vorsehen. Insbesondere kann an die Steuereinheitmindestens ein äußerer Temperaturfühler angeschlossen sein, von dessen Meßwert der·Druck im Druckbehälter abhängte Wenn dieser äußere Temperaturfühler in dem vom.'Kältemittel gekühlten Medium·angeordnet ist, beispielsweise in der vom Verdampfer gekühlten Luft, kann auf diese Weise die Lufttemperatur konstant gehalten werden· .

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Für den letztgenannten Verwendungszweck eignet sich "besonders eine Steuereinheit mit den folgenden Bestandteilen:

a) eine erste Brückenschaltung mit einem äußeren Temperaturfühler-Wider stand und einem Sollwert-Potentiometer sowie einem ersten von deren Diagonalspannung gespeisten Verstärker mit Einstellmöglichkeit für ein P-, PI- oder PID-Verhalten, -

b) eine zweite Brückenschaltung mit einem RücknieIde-Temperaturfühler-Widerstand und einem Justier-Potentiometer sowie einem zweiten, von deren Diagonal spannung gespeisten Verstärker,

c) eine zwei einstellbare Widerstände aufweisende Summationsschaltung, in der die Ausgangs signale des ersten und zweiten Verstärkers summiert werden, und

d) einen dritten, hiervon gespeisten Verstärker mit nachgeschaltetea Stromregler, der mit der Heiz- oder Kühlvorrichtung in Reihe liegt.

Mit den genannten Einstellmöglichkeiten läßt sich eine Anpassung an praktisch alle in diesem Zusammenhang auftretenden Regelprobleme ermöglichen·

In erster Linie dient das Ventil zur Regelung des.Verdampferdrucke s. Zu diesem Zweck kann es den Durchlaß durch die Saugleitung regeln. Es kann aber auch den Durchfluß durch eine Druck- und Saugleitung verbindende -Überf-ührungsleitung. regeln und Warmgas in den Ve rdampfer einspeisen. Beispiels-

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weise kann das Warmgas in einem Flüssigkeits-Gas-Mischer eingespeist werden, der zwischen thermostatischem Expansionsventil und einem dem Verdampfer vorgeschalteten Flüssigkeitsverteiler angeordnet istβ

In beiden Fällen kann es auch als Pilotventil für ein Hauptventil dienen. Hierbei kann es auf dem Deckel des Hauptventils montiert sein, ?robei Pilotkanäle im Gehäuse und im Dekkel des Hauptventils vorgesehen sind.

Bei diesen Regelungsarten kann der Druck im Druckbehälter auf einen festen Wert einregelbar sein* Auf diese Weise ergibt sich ein konstanter Verdampferdruck«,

Es kann aber auch dafür gesorgt werden, daß der äußere Temperaturfühler vom gekühlten Medium-beeinflußt.ist und der Druck im Druckbehälter auf einen solchen Wert einregelbar ist, daß die Temperatur des gekühlten Mediums konstant bleibt« Auf diese Weise wird die Temperatur im gekühlten Medium konstant gehaltene

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert» Ss zeigen?

Fig* 1: die Anordnung eines als Verdampferdruckregler in einer Kälteanlage angeordneten Ventils gemäß der Erfindung,

Fig« la: eine andere Art; der Steuereinheit,

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fig« 2: die Anordnung eines erfindungsgemäßen Ventils als Pilotventil für ein Hauptventil, das durch die Regelung des Verdampferdrucks die Temperatur des gekühlten Mediums konstant hält,

Fig. 3^: das Pilotventil der iig. 2 in vergrößerter Darstellung, "

51g. 4: die Dampfdruck-Temperatur-Kurve des Kältemittels und des Mediums im Druckbehälter,

Fig. 5* die Anordnung eines erfindungsgemäßen Ventils als Kapazitätsregeier zum Einspritzen von Warmgas und

Figo 6:. das Schaltbild einer Ausführungsform der Steuereinheit.

Fig· 1 zeigt ein Ventil 1, das in der Saugleitung 2 einer Kälteanlage angeordnet werden kann. Die Kälteanlage weist einen Verdichter 3 mit einer Druckleitung 4, einen Verflüssiger 5» einen Sammler 6 und einen Verdampfer 7 auf» Ein Expansionsventil 8 wird von einem Fühler 9 in Abhängigkeit von der Sauggastemperatur gesteuert.

Das Ventil 1 weist ein Gehäuse 10 mit einem ringförmigen Sinlaßkanal 11 und einem zentrischen Auslaßkanal 12 auf, die durch einen Ventilsitz 13 voneinander getrennt sind. Eine auch als Verschlußstüc-k dienende Membran 14 ist zwischen einem Flansch 15 &si G-eiiäuse 10 und einem Flansch 16 einer Kapsel 17 befestigt, die oben durch einen schalenförmigen Dekkel 18 abgeschlossen ist. Die Kapsel I7, der Deckel 18, eine Ringscheibe 19 und ein Balg 20 bilden einen Druckbehälter

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21 · Dieser ist über ein Füllrohr 22 mit einem zweiphasigen Medium 23 gefüllt, das im unteren !Teil in der Flüssigkeitsphase und im oberen Teil in der Dampfphase vorliegt· Der Boden 24 des Balgs 20 hat 'die Querschnittsgröße des Ventilsitzes 13 und liegt auf der Membran 14 auf. Durch den Deckel 18 gehen drei Stifte 25» 26 und 27. Sine Glasisolation 28 dient gleichzeitig als Dichtung. In der Flüssigkeitsphase ist ein •Heizwiderstand 29 in der Form eine Wendeis aus Widerstandsdraht und ein NTC-Temperaturfühler 30 angeordnet. Diese Teile sind mittels Stützdrähten 31 gehalten. Der Heizv/iderstand 29 ist mit dem Stift 26 und der Masse 32 des Druckbehälters 21₅ der Temperaturfühler 30 mit den Stiften 25 und 27 verbunden. Durch vier Leitungen 33» 34, 35 und 3° sind die genannten Stifte und Masse mit einer Steuereinheit 37 verbunden* Bei der Ausführungsform der Fig. 1a kann mit Hilfe eines Knopfes 38, der einen Einstellwiderstand betätigt, im Druckbehälter 21 ein bestimmter Dampfdruck P₄, erzeugt werden, der auf die zweite Druckfläche Fp wirkt. In entgegengesetzter Richtung drückt der Verdampf erdruck p_Q auf die erste Druckfläche F_Q und - mit wesentlich geringerer Wirkung - der Saugdruck p_g auf eine Druckfläche. F^» Hierbei stellt sich ein Gleichgewichtszustand ein«

Das Medium-23 ist so gewählt, daß es beim Gleichgewichtszustand eine höhere Temperatur hat als das Kältemittel und als die Umgebungstemperaturβ Wenn der Verdampferdruck erhöht werden soll, wird durch stärkere Beheizung die Temperatur des Mediums 23 erhöht« Soll dagegen der Verdampferdruck gesenkt werden, kann das Medium'23 durch Wärmeabgabe an das Kältemittel und die Umgebungsluft eine geringere Temperatur annehmen _β Der Dampfdruck bleibt dann immer derselbe,, gleichgültig wie weit das Ventil öffnen maß, um den gewünschten Verdaiap-

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ferdrück aufrechtzuerhalten·

Bei der Aasführungsform der Pig· 1 liegt in der Strömung 39 des vom "Verdampfer 7 gekühlten Mediums ein äußerer Temperaturfühler 40,. der über Signalleitungen 41 ein ^Temperatursignal an die Steuereinheit 37 abgibt· Diese weist hier einen Einstellknopf 42 auf, mit dessen Hilfe' der Sollwert der Temperatur des gekühlten Mediums eingestellt werden kann. Eine entsprechende Schaltung für die Steuereinheit ist in ELg. 6 veranschaulicht. Bei dieser Betriebsweise wird der Druck p,, im Druckbehälter 21 derart geregelt, daß die Temperatur des gekühlten Mediums den eingestellten Sollwert beibehält· Dies geschieht mit Hilfe von drei kaskadenartig hintereinander geschalteten Regelschleifen. Eine vom Fühler 40 festgestellte Regelabweichung zieht eine Änderung der Beheizung und damit eine Änderung des Dampf drucks ρ ~ nach siciu Der so vorgewählte Dampfdruck wird konstant gehalten, weil unerwünschte Änderungen infolge Rückmeldung durch den Temperaturfühler 30 sofort ausgeglichen werden_o Ändert sich der Verdampferdruck, so wird durch eine Verlagerung der Membran 14 äußerst rasch der ursprüngliche Zustand wieder hergestellt.

In Fig. 2 ist ein Hauptventil 43 veranschaulicht, das wiederum in der Saugleitung 2 liegt und von einem Pilotventil 44 gesteuert wird, das erfindungsgemäß ausgestaltet genauer in Fig. 3 veranschaulicht ist· Für entsprechende Teile werden die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet·

Unterschiedlich ist zunächst, daß die Kapsel 17 außen mit Kühlrippen 45 versehen ist und daß der .Druckbehälter 46 durch den Deckel 18, die Kapsel 17 und die Membran 14 be-

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grenzt ist, die demnach sowohl die erste Druckfläche F als auch die zweite Druckfläche F~ trägt. Ein düsenartiger Ventilsitz 47 trennt einen ringförmigen Einlaßraum 48 von einem zentrischen Auslaßkanal 49. Mt Abstand außerhalb 'des Ventilsitzes sind Abstützflächen 50 vorgesehen, die aus Eingrippenabschnitten bestehen und die Membran 14 entlasten, wenn der Verdampferdruck zu stark absinkt. Auf der gegenüberliegenden Seite ist eine schalenförmige Ringscheibe 51 vorgesehen, die die Membran entlastet, wenn der Verdampferdruck zu groß werden sollte. Außerdem ist die Membran noch durch eine schwache. Feder 52 in Richtung des Verdampferdrucks belastete Mt einem Gewinde 53 am Gehäuse 5^ kann das Pilotventil 44 direkt in den Deckel 56a des Hauptventils 43 geschraubt v/erden, wobei der Auslaßkanal 49 durch eine Ringdichtung 55 abgedichtet is-t_o Im Deckel 56a und im Gehäuse 56 des Hauptventils befinden sich Pilotkanäle 57» iait deren Hilfe der Einlaßabschnitt 58 des Hauptventils 43 mit dem Eingraum 43 des Pilotventils in Verbindung kommt ο Das Hauptventil hat einen üblichen Aufbau,, Das Verschluß stück 59 ist mit einem Kolben 60 verbunden, der durch eine Feder 61 belastet ist. Mt Hilfe zweier Drosseln 62 und 63 v/ird ein von der Öffnungsstellung des Pilotventils 44 abhängiger Druckabfall erzeugt, der das Hauptventil proportional öffnet·

Die Eegelung dieses Ventils erfolgt in ähnlicher Weise wie bei der Ausführungsform der Fig* I.

In Figβ 4 ist .ein Diagramm gezeigt, in welchem der Dampfdruck ρ über der Temperatur t veranschaulicht ist. Die Kurve A.entspricht dein Kältemittel in der'Kälteanlage, zeigt also den Verdampferdruck ρ über der Verdampfertemperatur·' Die Kurve B zeigt die Kennlinie für das Medium in dem Druckbehälter, also den Dampfdruck p^ über der Temperatur. Uorma-

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lerweise liegt die Verdampfertemperatur t erheblich unter der Umgebungstemperatur. Dabei ist der Druck ρ = p^. Wenn die beiden Druckflachen F und F^ gleich groß sind, muß auch Pf = P'j sein. Dies gilt für die Temperatur t,j. Diese Temperatur liegt demnach über derjenigen des Kältemittels» Infolgedessen kann durch Verminderung der Heizleistung und entsprechende Abkühlung der Druck p« abgesenkt und damit auch der Verdampf erdruck ρ vermindert werden· Durch Erhöhung der Heizleistung kann man die Drücke erhöhen·

Mit Hilfe der Feder 52 wird erreicht, daß der Arbeitsbereich des Ventils mit demselben zweiphasigen Medium in Richtung auf eine höhere Temperatur verschoben wird, so daß dieses bei einer niedrigen Temperatur des Kältemittels verwendet werden kann»

In Fig. 5 ist ein Kapazitätsregler gezeigt, der mit Warmgaseinspritzung arbeitet. Wiederum sind für vergleichbare Teile dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet. Dieses Warmgas wird der Druckleitung 4 entnommen» über eine Überführungsleitung 64 mit einem Hauptventil 65 geleitet und in'eine Flüssigkeits-Gas-Mischvorrichtung 66 eingespritzt, die zwischen dem Expansionsventil 8 und einem Flüssigkeitsverteiler 67 angeordnet ist. Das Verschlußstück 68, das mit einem Sitz 69 zusammenwirkt, ist an einem Kolben 70 angebracht, der unter dem Einfluß einer Feder 71 und dem Druckabfall an einer Drosselöffnung 72 steht. Dieser Druckabfall wird von einem Pilotventil 73 gesteuert, dessen Verschlußstück 74 mit einem Sitz 75 zusammenwirkt. Die Abfluß sei te dieses Ventils steht über einen Pilotkanal 76 mit der Saugleitung 2 in Verbindung. Pilotkanäle 77 im Gehäuse 78 des Pilotventils führen zu ei-

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nem DruckrauBi 79» der durch die Membran 14 abgedeckt ist· Die Membran wirkt unter Zwischenschaltung eines Druckschuhs 80.und eines Ventilschaftes 81 auf das Verschluß stück 74· Im Druckbehälter 82, der von der Kapsel 17, dem Deckel 18 und der Membran 14 begrenzt wird, befindet sich innerhalb der Flüssigkeitsphase des Mediums 23 ein Leistungstransistor 83, dessen Emitter mit dem Stift 25» dessen Basis mit dem Stift 26 und dessen Kollektor mit dem Stift 27 verbunden. sind. Infolgedessen führen drei Leitungen zur Steuereinheit 37· Die Basis-Emitter-Strecke des Leistungstransistors 83 dient hierbei als Temperaturfühler·

Der Druck p_f'im Druckbehälter 82 wird in Abhängigkeit von der Regelabweichung zwischen der Temperatur des äußeren Fun-, lers 40 und dem eingestellten Temperatursoliwert gesteuert« Bei einer Änderung der Wärmebelastung ändert sich der Saugdruck ρ , der auch unter der Membran 14 wirkt. Sinkt der Saugdruck, wird die Membran nach unten gedrückt, wodurch das Verschlußstück 7^ sich stärker vom Sitz 75 abhebt« Infolgedessen strömt eine größere Kalt erditt einenge über die Drossel 72 und das Hauptventil offnot stärker« Das nunmehr der entspannten Kältemittelflüssigkeit im Hischer 66 zugeführte Warmgas bewirkt eine stärkere überhitzung, die vom Fühler des thermostatischen Expansionsventils 8 abgefühlt wird und zu einer vergrößerten Flüssigkeitseinspritzung vom Ventil 8 her führt. Durch die Zufuhr des Warmgases kann daher die Temperatur der gekühlten Luft annähernd konstant gehalten werden* Außerdem wird verhindert, daß der Saugdruck ρ des Kompressors 3 auf unzulässig niedrige Werte absinkt".

Ein Schaltungsbeispiel ,für die Steuereinheit der Fig. 1 ist in Pig* 6 veranschaulicht· Eine erste Brücke B1 ist unter

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Verwendung von Vorschaltwiderständen E1 und E2 zwischen die Klemmen V+ und V- für die positive und negative Spannung gelegt. Die Brücke weist in ihrem einen Zweig einen festen Widerstand E3, .sin Potentiometer E4, das mittels des Knopfes 42 verstellbar ist, und einen temperaturabhängigen Widerstand Ε5Ί der im iuhler 40 angeordnet ist, auf. Der andere Zweig besteht aus zwei festen Widerständen E6 und E7, welche den geerdeten Bezugspunkt der Brücke B1 festlegen· Die beiden Diagonalspannungen werden über je einen Widerstand E8 und E9 an die beiden Eingänge eines ersten Verstärkers Al gelegt. Der invertierende Eingang ist über einen Widerstand E10, einem Einstellwiderstand E11 und einen festen Widerstand E12 mit dem geerdeten Bezugspunkt verbunden; diese Widerstände bilden daher einen von der Eingangsspannung gespeisten Spannungsteiler. Am Abgriff zwischen den Widerständen EiO und E11 ist eine Elektrode eines Kondensators 01 angeschlossen, dessen andere Elektrode am Abgriff eines Potentiometers EI3 liegt. Dieses bildet zusammen mit einem festen Widerstand E14 einen von der Ausgangsspannung gespeisten Spannungsteiler·

Eine zweite Brücke B2 liegt unter Verwendung von Vorwiderständen El5 und E16 zwischen den Spannungsquellen V+ und V-· Sie weist in dem einen Zweig einen temperaturabhängigen Widerstand S16 auf, der dem ITühlerwiderstand 30 entspricht, ferner ein Potentiometer EI7, mit dem eine Justierung möglich ist, und einen festen Widerstand S18. Der andere Zweig besteht aus zwei Widerständen B19 und E20, zwischen denen sich ein geerdeter Bezugspunkt ergibt. Die Diagonalpunkte sind über die Widerstände E21 und E22 mit den Eingängen : eines zweiten Verstärkers A2 verbunden, der mit einem Gegenkopplungswider stand E23 versehen isto

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In einer Summationsschaltung S, die zwei einstellbare Widerstände E24- und R25 aufweist,, über die die Ausgangssignale der beiden Verstärker A1 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 verbundene 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 rückgeführte

Diese Schaltung ermöglicht eine proportionale Leistungsverstärkung der am nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers A3 addierten Spannungen aus den beiden Operationsverstärkern A1 und A2. Mt Hilfe der veränderbaren Wider stände E24- und E25 ist es möglich, die Einflüsse aus den beiden Brücken BI und B2 mit unterschiedlichem Gewicht zu berücksichtigen* Mit Hilfe der Widerstände R11 und EI3 läßt sich der Proportionalität sfaktor und die Integrationskonstante beim Verstärker A1 einstellen« Insgesamt läßt sich auf diese Weise eine Regelung erreichen₅ bei der der Integrationskondensator C1 keine sehr großen werte annehmen muß. Wenn der Widerstand B24- auf unendlich eingestellt v/ird, ergibt sich eine Regelabhängigkeit allein in Abhängigkeit von der Brücke B2* Wird, nunmehr der Drehknopf 38 der Steuereinheit 37 <3em Justierpotentiometer El? zugeordnet, kann man mit diesem Drehknopf die gewünschte Temperatur, und damit den Dampfdruck ρ auf einen gewünschten tfert einstellen*

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Es bedarf nur geringfügiger Modifikationen, wenn als Temperaturfühler 30 ei& Thermoelement eingesetzt wird oder wenn der Heizwiderstand 29 durch einen Leis-tungstransistor ersetzt wirdο Auch wenn statt einer Heizvorrichtung eine Kühlvorrichtung 'Verwendet wird, erfordert dies nur geringfügige Änderungen an der gesamten Schaltung·

Claims

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Erfinduq^san spruch .

1· Ventil für Kälteanlagen, dessen Verschlußglied in Abhängigkeit von dem auf eine erste verlagerbare Druckfläche wirkenden Dampfdruck des Kältemittels, insbesondere dem Verdampferdruck, und von einer in Gegenrichtung wirkenden Referenzkraft einen Gleichgewichtszustand einnimmt, gekennzeichnet dadurch, daß zur Erzeugung der Referenzkraft ein geschlossener Druckbehälter (21; 46; 82) vorgesehen ist, der einen eine zweite verlagerbare Druckfläche (F₂) bildenden Wandabschnitt aufweist und mit einem Medium (23), das eine einen temperaturabhängigen Druck ausübende Dampfphase aufweist, gefüllt ist, daß dem Medium eine von einer Steuereinheit. (37) mit Strom versorgte Heizvorrichtung (29; 83) oder Kühlvorrichtung und ein Temperaturfühler (30; 83)j der die Temperatur des Mediums an die Steuereinheit rückmeldet, zugeordnet sind und daß das Medium so gewählt ist, daß seine Temperatur bei einem einen Gleichgewichtszustand hervorrufenden Druck bei Einsatz der Heizvorrichtung höher und bei Einsatz der Kühlvorrichtung tiefer liegt als die Tempe-ratur-. des Kältemittels im Ventil und/oder der Umgebungsluft.

2· Ventil nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Terorperatur des Mediums (23) iia Arbeitsbereich 298,15 K bis 318,15 K, vorzugsweise 303,15 K bis 313,15 K, höher liegt als die Temperatur des Kaltemittels.

3» Ventil, nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Temperatur des Mediums (23) im, Arbeitsbereich etwas über der Umgebungstemperatur liegt.

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A. Ventil nach einem der Punkte 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß im Arbeitsbereich die Dampfdruck-Temperatur-JEurve (B) des Mediums (23) gegenüber derjenigen (A) des Kältemittels im Bereich höherer Temperaturen liegt.

5· Ventil nach einem der Punkte 1 bis 4·, gekennzeichnet dadurch, daß die zweite Druckfläche .CFp) kleiner ist als . . die erste Druckfläche (F).

6· Ventil nach einem der Punkte 1 bis 5» gekennzeichnet dadurch, daß eine Zusatzfeder (32.), die in Richtung des Dampfdruckes des Kältemittels wirkt, vorhanden ist.

7· Ventil nach einem der Punkte 1 bis 6₉ gekennzeichnet dadurch, daß die Heizvorrichtung durch einen Wendel (29) aus Widerstandsdraht gebildet ist.

8. Ventil nach einem der Punkte 1 bis 7» gekennzeichnet dadurch, daß die Heizvorrichtung durch einen PTO-Widerstandskörper gebildet ist.

9· Ventil nach einem der Punkte 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Heizvorrichtung durch einen Leistungstransistor (83) gebildet ist.
10. Ventil nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Zählvorrichtung durch ein Peltierelement gebildet ist.
11. Ventil nach einem der Punkte 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, daß das Medium (23) eine Flüssigkeit s·» und eine Dampfphase aufweist«

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12* Ventil nach Punkt 11, gekennzeichnet da-durch, daß die Heiz- oder Kühlvorrichtung (29; 83) und der Rückmelde-Temperaturfühler (30; 83) vollständig in der Flüssigkeitsphase angeordnet sind.

13· Ventil nach Punkt 12, gekennzeichnet dadurch, daß der Druckbehälter (21; 46; 82) zu erheblich mehr als der Hälfte, insbesondere zu etwa 70 %, mit der Flüssigkeitsphase gefüllt ist·
14. Ventil nach einem der Punkte 1 bis 1o, gekennzeichnet dadurch, daß das Medium ein festes Adsorbens und ein gasförmiges Adsorbat aufweist.

15· Ventil nach einem der Punkte 1 bis 14, gekennzeichnet dadurch, daß der Rückmelde-Temperaturfühler (30) ein NTC-Widerstand ist*
16. Ventil nach einem der Punkte 1 bis 14, gekennzeichnet dadurch, daß der Mckmelde-Temperaturfühler (30) ein Thermoelement istο
17. Ventil nach Punkt 9» gekennzeichnet dadurch, daß der

. Rückmelde—Temperaturfühler (30) durch die.·Basis-Emitter-Strecke des Leistuiigstransistors (83) gebildet ist.
18. Ventil nach einem der Punkte 1 bis 17, gekennzeichnet dadurch, daß der Druckbehälter (21; 46; 82) über eine metallische Wärmeleitbrücke mit dem Ventilgehäuse (10;

78) verbunden ist«

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19· Ventil nach einem der Punkte 1 bis 18, gekennzeichnet dadurch, daß der Druckbehälter (46) außen mit Kühlrippen (45) versehen ist·

20· Ventil nach einem der Punkte 1 bis 19» gekennzeichnet dadurch, daß der Druckbehälter (21; 46) eine mehrpolige Durchführung aufweist, wobei der Temperaturfühler (30) mit dem ersten Pol und dem zweiten Pol und der Heizwiderstand (29) mit dem dritten Pol und dem vierten Pol oder der Masse (32) des Druckbehälters verbunden ist·

21· Ventil nach einem der Punkte 1 bis 20, gekennzeichnet dadurch, daß die mehrpolige Durchführung Steckstifte (25 i 26; 27) aufweist, die, durch einen Isolierstoff (28), wie Glas, isoliert, einen schalenförmigen Deckel (18) des Druckbehälters (21; 46; 82) durchsetzen»

22· Ventil nach einem der Punkte 1 bis 21, gekennzeichnet

dadurch, daß die erste (I? ) und zweite (Fp) Druckfläche . durch die beiden Seiten einer Platte (14), wie Membran oder Balgboden, gebildet sind.

23· Ventil nach Punkt 22, gekennzeichnet dadurch, daß die Platte (14) mit dem Ventilsitz (47) zusammenwirkt.

24· Ventil nach Punkt 23» gekennzeichnet dadurch, daß eine außerhalb des Ventilsitzes (47) angeordnete Abstützfläche (50) vorhanden ist, an die sich die Platte_S/(14) bei

zu hohem Druck im Druckbehälter (46) anlegt·

25· Ventil nach Punkt 22 bis 24, gekennzeichnet dadurch, daß eine schalenför&ige Ringscheibe (5I) im Druckbehälter

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(46) vorhanden ist, gegen die sich die Platte (14) bei zu hohem Dampfdruck des Kältemittels anlegt·
26. Ventil nach einem der Punkte 1 bis 25, gekennzeichnet dadurch, daß an die Steuereinheit (37) eiri Einstellwiderstand (38) zum Andern des Drucks in dem Druckbehälter (21; 46; 82) angeschlossen ist„

27· Ventil nach einem der Punkte 1 bis 26, gekennzeichnet dadurch, daß an die Steuereinheit (37) mindestens ein äußerer Temperaturfühler (40) angeschlossen ist, von dessen Meßwert der Druck im Druckbehälter abhängt.
28. Ventil nach einem der Punkte 1 bis 27» gekennzeichnet dadurch, daß die Steuereinheit (37) eine erste Brückenschaltung (B1) mit einem äußeren Temperaturfühler-Widerstand (R5) und einem Sollwert-Pot-entiometer (R4) sowie einem ersten von deren Diagonalspannung gespeisten Verstärker (A1) mit Einstellmöglichkeit für ein P-, PI- oder PID-Verhalten, . eine zweite Brückenschaltung (B2) mit einem ;Eückmeldelemperaturfühler-Widerstand (R16) und einem Justier-•Potentiometer.(EI7) sowie -einem zweiten, von deren Diagonalspannung gespeistes Verstärker (A2), eine zwei einstellbare Widerstände (R24; R25) aufweisende Summationsschaltung (S), in der die Ausgangssignale des ersten und zweiten Verstärkers (A15 A2) summiert werden, j und ^;fe .

einen dritten, hiervon gespeisten Verstärker (A3) mit nachgeschaltetem Stromregler.(Tr1; Tr2), der mit der Heiz- oder Kühlvorrichtung (R28) in Keine liegt, aufweist«

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29· Ventil nach einem der Punkte 1 bis 28, gekennzeichnet dadurch, daß es'zur Regelung des Verdampferdrucks den Durchlaß durch die Saugleitung (2) regelt.

30· Ventil nach/einem der Punkte 1 bis 28, gekennzeichnet dadurch, daß es zur Regelung des Verdampferdrucks den Durchfluß.'durch eine Druck- und Saugleitung (4; 2) verbindende tJberführungsleitung (64) regelt und .Warmgas in den Verdampfer (7) eins-peist«

31· Ventil nach Punkt 30, gekennzeichnet dadurch, daß das Warmgas in einem Flüssigkeit s-G-as-Mischer (66) eingespeist ist, der zwischen thermostatischem Expansionsventil (8) und einem dem Verdampfer'(7) vorgeschalteten Flüssigkeitsverteiler (67) angeordnet ist·

32o Ventil nach einem der Punkte 29 bis 31, gekennzeichnet dadurch, daß es als Pilotventil (44j 73) für ein Hauptventil (43} 65) dient·

33« Ventil nach Punkt 32, gekennzeichnet dadurch, daß es auf dem Deckel (56a) des Hauptventils (43) montiert ist und Pilotkanäle (57) im Gehäuse (56) und im Deckel des ° Hauptventils vorgesehen sind·

34· Ventil nach einem der Punkte 29 bis 33» gekennzeichnet dadurch, daß der Druck im Druckbehälter (211 46j 82) auf einem festen Wert einregelbar ist. ;fc

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35· Ventil nach einem der Punkte 29 Ms 33» gekennzeichnet dadurch, daß der äußere Temperaturfühler (40) vom gekühlten Medium beeinflußt ist und der Druck im Druckbehälter (21; 46; 82) auf einen solchen Wert einregelbar ist, daß die temperatur des gekühlten Mediums konstant bleibt.

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