DE102005022777A1 - Differential pressure valve - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Differenzdruckventil (1), insbesondere für ein Expansionsorgan einer Kraftfahrzeugklimaanlage, zur Regelung eines Durchflusses eines Fluids in Abhängigkeit einer Druckdifferenz, die zwischen der Hochdruckseite (HD) und der Saugdruckseite (SD) des Differenzdruckventils (1) anliegt, wobei das Differenzdruckventil ein Drosselelement (3), das den Durchfluss durch eine Drosselstelle (2) regelt, aufweist und das Drosselelement (3) durch mindestens einen Blechstreifen (6) gebildet ist, der in einem Kanal (4) angeordnet ist.The invention relates to a differential pressure valve (1), in particular for an expansion element of an automotive air conditioning system, for controlling a flow of a fluid in response to a pressure difference between the high pressure side (HD) and the suction pressure side (SD) of the differential pressure valve (1), wherein the differential pressure valve a throttle element (3), which regulates the flow through a throttle point (2), and the throttle element (3) by at least one sheet metal strip (6) is formed, which is arranged in a channel (4).

Description

Die Erfindung betrifft ein Differenzdruckventil (Delta-P-Ventil), insbesondere für ein Expansionsorgan einer Kraftfahrzeugklimaanlage, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a differential pressure valve (delta-P valve), in particular for a Expansion element of an automotive air conditioning system, according to the preamble of claim 1.

In 5 ist ein bekanntes Differenzdruckventil 101 als Prinzipskizze dargestellt. Hierbei wird der Durchfluss von Kältemittel durch eine Drosselstelle 102 mit Hilfe eines Ventilstifts 103 mit einem konischen Kopf 104 in Verbindung mit einer in der Zeichnung schematisch angedeuteten Feder 105 geregelt. Die Drücke in den durch die Drosselstelle 102 getrennten Räumen oder Strömungskanälen sind durch HD (Hochdruckseite) und SD (Saugdruckseite) bezeichnet, wobei die normale Strömungsrichtung von der Hochdruckseite HD zur Saugdruckseite SD verläuft. Der Kopf 104 ist hierbei saugdruckseitig angeordnet und der Schaft des Ventilstifts 103 durchdringt die Drosselöffnung. Die Feder 105 ist hochdruckseitig angeordnet.In 5 is a known differential pressure valve 101 shown as a schematic diagram. Here, the flow of refrigerant through a throttle point 102 with the help of a valve pin 103 with a conical head 104 in conjunction with a spring schematically indicated in the drawing 105 regulated. The pressures in the through the throttle point 102 separate spaces or flow channels are denoted by HD (high pressure side) and SD (suction pressure side), with the normal flow direction from the high pressure side HD to the suction pressure side SD. The head 104 in this case is arranged suction pressure side and the shaft of the valve pin 103 Penetrates the throttle opening. The feather 105 is arranged on the high pressure side.

Nachteilig bei diesem bekannten Differenzdruckventil ist, dass ein nahezu linearer Zusammenhang zwischen dem freien Strömungsquerschnitt und der anliegenden Druckdifferenz besteht, welcher nicht in allen Anwendungsfällen erwünscht ist.adversely in this known differential pressure valve is that a nearly linear Relationship between the free flow cross-section and the adjacent Pressure difference exists, which is not desirable in all applications.

Aus der Patentschrift US 4,375,753 ist ein thermisch strombetätigtes Expansionsorgan bekannt, in welchem eine Ventilnadel mit Hilfe einer thermisch bedingten Verformung von Bimetallscheiben, die elektrisch beheizbar sind, betätigbar ist. Ein derartiges Ventil ist relativ kompliziert aufgebaut und lässt auch in Hinblick auf die Durchflusskennlinie noch Wünsche offen.From the patent US 4,375,753 a thermally current-operated expansion element is known in which a valve needle by means of a thermally induced deformation of bimetallic disks, which are electrically heated, can be actuated. Such a valve is relatively complicated and leaves even with regard to the flow characteristic still wishes open.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Differenzdruckventil zur Verfügung zu stellen.It Object of the invention, an improved differential pressure valve to disposal to deliver.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Differenzdruckventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.These Task is solved by a differential pressure valve with the features of claim 1. Advantageous Embodiments are the subject of the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist ein Differenzdruckventil vorgesehen, insbesondere für ein Expansionsorgan einer Kraftfahrzeugklimaanlage, zur Regelung eines Durchflusses eines Fluids in Abhängigkeit einer Druckdifferenz, die zwischen der Hochdruckseite und der Saugdruckseite des Differenzdruckventils anliegt, wobei das Differenzdruckventil ein Drosselelement, das den Durchfluss durch eine Drosselstelle regelt, aufweist, und wobei das Drosselelement durch mindestens einen Materialstreifen gebildet ist, der in einem Kanal angeordnet ist. Hierbei ist der Materialstreifen bevorzugt elastisch verformbar, wobei er sich in Abhängigkeit der Druckdifferenz verbiegen kann, so dass bei keiner oder geringer Druckdifferenz der Kanal durch den Materialstreifen verschlossen ist, während der Kanal bei ansteigender Druckdifferenz immer weiter freigegeben wird.According to the invention is a Provided differential pressure valve, in particular for an expansion of a Automotive air conditioning system, for controlling a flow of a Fluids in dependence a pressure difference between the high pressure side and the suction pressure side the differential pressure valve is applied, wherein the differential pressure valve a throttle element that regulates the flow through a throttle point, and wherein the throttle element by at least one strip of material is formed, which is arranged in a channel. Here is the Material strip preferably elastically deformable, wherein it is in dependence The pressure difference can bend, so that at no or less Pressure difference of the channel is closed by the strip of material, while the channel continues to be released as the pressure difference increases becomes.

Bevorzugt besteht der Materialstreifen zumindest teilweise aus einem Metallblech und/oder einem Bimetall, so dass insbesondere in letzterem Fall die Öffnungs- und Schließcharakteristik des Differenzdruckventils auch eine temperaturabhängige Komponente aufweist. In diesem Zusammenhang ist der Begriff "Bimetall" nicht auf eine Kombination zweier metallischer Materialien mit unterschiedlichem thermischen Ausdehnungskoeffizienten beschränkt. Vielmehr kann es sich bei dem verwendeten Material/den verwendeten Materialien beispielsweise um Kunststoffe oder auch um Formgedächtnismaterialien handeln.Prefers the strip of material consists at least partially of a metal sheet and / or a bimetal, so that in particular in the latter case, the opening and closing characteristic the differential pressure valve and a temperature-dependent component having. In this context, the term "bimetal" is not a combination of two Metallic materials with different coefficients of thermal expansion limited. Rather, it may be in the material / used Materials such as plastics or shape memory materials act.

Das erfindungsgemäße Differenzdruckventil ermöglicht durch die flexible Gestaltbarkeit der Materialstreifen, insbesondere in Hinblick auf Abmessungen, d.h. insbesondere der freien Länge im Kanal, Biegesteifigkeit und Bimetallcharakteristik, bei hohen Druckdifferenzen auf Grund des überproportional großen Strömungsquerschnitts auch eine größere Kälteleistung, so dass eine Kennlinie möglich ist, die vollständig im Bereich optimaler Betriebspunkte (COP = Coefficient of performance) verläuft. Dabei kann das Differenzdruckventil kostengünstiger sein als herkömmliche Differenzdruckventile.The inventive differential pressure valve allows by the flexible design of the material strips, in particular in In terms of dimensions, i. especially the free length in the channel, bending stiffness and Bimetallcharakteristik, with high pressure differences due to the disproportionately large flow cross section also a larger cooling capacity, so that a characteristic is possible is that completely in the area of optimal operating points (COP = coefficient of performance) runs. In this case, the differential pressure valve can be cheaper than conventional Differential pressure valves.

Der Materialstreifen ist bevorzugt mit seinem einen Ende fest an einer Kanalwand angebracht, während das andere, freie Ende in den Kanal ragt und bei der Druckdifferenz, die ein vollständiges Öffnen des Differenzdruckventils bewirkt, also bei maximalem Fluidstrom, in Richtung Kanalwand gebogen wird, an der das freie Ende oder ein größerer Bereich des Materialstreifens gegebenenfalls dann auch anliegen kann.Of the Material strip is preferably fixed to one with its one end Duct wall attached while the other, free end protrudes into the channel and at the pressure difference, the full opening of the Differential pressure valve causes, ie at maximum fluid flow, in Direction channel wall is bent, at the free end or a larger area of the If necessary, material strip can then also be present.

Der Kanal ist vorzugsweise zumindest im Bereich, in welchem der Materialstreifen angeordnet ist, mit einem rechteckförmigen Querschnitt ausgebildet.Of the Channel is preferably at least in the area in which the strip of material is arranged, formed with a rectangular cross-section.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei Materialstreifen vorgesehen, die an einander gegenüberliegenden Kanalwänden angebracht sind, wobei sie im geschlossen Zustand mit ihren freien Enden aneinander anliegen. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine Verkürzung des Bauraums im Vergleich zu der Ausführungsform mit nur einem Materialstreifen, die jedoch kostengünstiger herstellbar ist.According to one preferred embodiment two strips of material provided on opposite sides channel walls attached, being in the closed state with their free Ends abut each other. This embodiment allows a shortening of the construction space compared to the embodiment with only one strip of material, but cheaper can be produced.

Das freie Ende liegt im geschlossen Zustand des Differenzdruckventils bevorzugt unter Vorspannung an der gegenüberliegenden Kanalwand oder an einem entsprechenden freien Ende eines zweiten Materialstreifens an, so dass ein gewisser Differenzdruck vorhanden sein muss, um das Differenzdruckventil zu öffnen. Eine leichte Vorspannung reicht jedoch aus, um ein sicheres Schließen zu ermöglichen und damit ein Rückströmen von Fluid bei ungünstigen Druckverhältnissen zu verhindern.The free end is in the closed state of the differential pressure valve preferably under Vorspan on the opposite channel wall or at a corresponding free end of a second strip of material, so that a certain differential pressure must be present to open the differential pressure valve. However, a slight bias is sufficient to allow a safe closing and thus prevent backflow of fluid under unfavorable pressure conditions.

Der Materialstreifen ist so im Kanal angebracht, dass das freie Ende desselben in Richtung Saugdruckseite ragt, so dass bei einer Rückströmung das Ventil automatisch schließt, im ganz oder teilweise geöffneten Zustand jedoch der Strömungswiderstand relativ gering ist.Of the Material strip is mounted in the channel so that the free end the same in the direction of suction pressure side protrudes, so that in a return flow the Valve closes automatically, in whole or in part open State, however, the flow resistance is relatively low.

Die flexible gesamte Materialstreifenlänge, d.h. bei zwei Materialstreifen die Summe der einzelnen Materialstreifenlängen, ist bevorzugt mindestens zweimal so groß wie die Kanalbreite. Diese Längenverhältnisse ermöglichen eine gute Funktion und ein sicheres Schließen des Differenzdruckventils.The flexible total strip length, i. with two strips of material the sum of the individual material strip lengths is preferably at least twice as big as the channel width. These aspect ratios enable a good function and a safe closing of the differential pressure valve.

Der Drosselquerschnitt ist bevorzugt bei großen Druckdifferenzen überproportional größer als bei kleinen Druckdifferenzen, so dass bei maximalem Leistungsbedarf auch ausreichend viel Fluid das Differenzdruckventil durchströmen kann.Of the Throttle cross-section is preferably disproportionately large pressure differences greater than at small pressure differences, so that at maximum power requirements also enough fluid can flow through the differential pressure valve.

Derartige Differenzdruckventile können beispielsweise als Expansionsorgan bei Kraftfahrzeug-Klimaanlagen verwendet werden. Ebenfalls ist eine Verwendung bei Wärmepumpen möglich, die nur in einer Richtung durchströmt werden sollen, wobei hier die in die Ventilfunktion integrierte Bimetallcharakteristik besondere Vorteile bietet.such Differential pressure valves can for example, as an expansion element in automotive air conditioning systems be used. Also is a use in heat pumps possible, which are to be flowed through only in one direction, here the integrated into the valve function bimetallic characteristic special Offers advantages.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen:in the Below, the invention with reference to two embodiments with reference explained in detail on the drawing. In the drawing show:

1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Differenzdruckventils gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in geschlossener Stellung, 1 a schematic diagram of a differential pressure valve according to the invention according to the first embodiment in the closed position,

2 das Differenzdruckventil von 1 in geöffneter Stellung, 2 the differential pressure valve of 1 in open position,

3 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Differenzdruckventils gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in geschlossener Stellung, 3 a schematic diagram of a differential pressure valve according to the invention according to the second embodiment in the closed position,

4 das Differenzdruckventil von 3 in geöffneter Stellung, und 4 the differential pressure valve of 3 in open position, and

5 eine Prinzipskizze eines herkömmlichen Differenzdruckventils. 5 a schematic diagram of a conventional differential pressure valve.

Ein als Expansionsorgan in einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage dienendes Differenzdruckventil 1 weist zur Regelung des Kältemitteldurchflusses (Kältemittel vorliegend R744) eine Drosselstelle 2 mit einem Drosselelement 3 auf, wobei die Drosselstelle 2 durch einen Kanal 4 mit rechteckförmigem Querschnitt und zwei an gegenüberliegenden Kanalwänden mit ihrem einen Ende 5a angebrachte Blechstreifen 6 gebildet ist. Bei den Blechstreifen 6 handelt es sich vorliegend um Bimetall-Blechstreifen. Hierbei sind die Blechstreifen 6 derart an der Kanalwand angebracht, dass sie bei Temperaturen des Kältemittels, bei denen normalerweise das Differenzdruckventil 1 geschlossen ist, unter Vorspannung mit dem anderen, freien Ende 5b aneinander anliegen und den Kanal 4 dicht verschließen. Bei höheren Temperaturen, die üblicherweise mit größeren Druckdifferenzen in Folge eines größeren Kältemit teldurchsatzes verbunden sind, nehmen die Blechstreifen 6 in Folge ihrer Bimetallcharakteristik eine Form ein, die zumindest den mittleren Bereich des Kanals 4 freigibt. Unterstützt wird die Öffnungscharakteristik noch durch die anliegende Druckdifferenz zwischen Hochdruckseite HD und Saugdruckseite SD.A serving as an expansion element in a motor vehicle air conditioning differential pressure valve 1 has a throttle point to control the refrigerant flow (refrigerant in this case R744) 2 with a throttle element 3 on, with the throttle point 2 through a canal 4 of rectangular cross-section and two on opposite channel walls with one end 5a attached metal strips 6 is formed. At the metal strips 6 these are bimetallic metal strips. Here are the metal strips 6 attached to the duct wall so that they are at temperatures of the refrigerant at which normally the differential pressure valve 1 closed, under pretension with the other, free end 5b abut each other and the channel 4 close tightly. At higher temperatures, which are usually associated with larger pressure differences as a result of a larger Kältemit teldurchsatzes, take the metal strips 6 as a result of their bimetallic characteristic a shape that at least the central region of the channel 4 releases. The opening characteristic is also supported by the applied pressure difference between high pressure side HD and suction pressure side SD.

Steigt bei Betrieb die Druckdifferenz zwischen Saugdruckseite SD und Hochdruckseite HD, so verbiegen sich die Blechstreifen 6 elastisch, wobei bei einem Temperaturanstieg zusätzlich eine Verformung der Blechstreifen 6 in Folge der Bimetallcharakteristik erfolgt, und die Drosselstelle 2 öffnet sich allmählich. Mit weiter steigender Druckdifferenz und damit verbundenem vergrößerten Fluidmassenstrom wird die Drosselöffnung weiter freigegeben, so dass sich ein nicht linearer Zusammenhang zwischen der Druckdifferenz und dem freigegebenen Strömungsquerschnitt, welcher in Zusammenhang mit der Durchflussmenge steht, ergibt.If the pressure difference between the suction pressure side SD and the high pressure side HD increases during operation, the metal strips bend 6 elastic, wherein at a temperature increase in addition a deformation of the metal strip 6 as a result of the bimetallic characteristic, and the throttle point 2 opens gradually. With further increasing pressure difference and associated increased fluid mass flow, the throttle opening is further released, so that there is a non-linear relationship between the pressure difference and the released flow cross-section, which is related to the flow rate.

Gemäß dem in 3 und 4 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ist nur ein Bimetall-Blechstreifen 6 vorgesehen, welcher mit seinem einen Ende 5a an einer Kanalwand angebracht ist und mit dem anderen, freien Ende 5b im geschlossen Zustand an der gegenüberliegenden Kanalwand anliegt. Im geöffneten Zustand gibt der Blechstreifen 6 den Kanal 4 in Abhängigkeit der Temperatur und des Differenzdrucks zwischen Hochdruckseite HD und Saugdruckseite SD frei. Die Funktion entspricht somit im Wesentlichen der des ersten Ausführungsbeispiels.According to the in 3 and 4 illustrated second embodiment is only a bimetal sheet metal strip 6 provided, which with its one end 5a attached to a channel wall and with the other, free end 5b in the closed state rests against the opposite channel wall. When opened, the sheet metal strip 6 the channel 4 depending on the temperature and the differential pressure between high pressure side HD and suction pressure side SD free. The function thus substantially corresponds to that of the first embodiment.

Gemäß einer Variante können, wenn auf die Temperaturabhängigkeit verzichtet werden kann, auch Blechstreifen aus anderen Materialien verwendet werden, die keine Bimetallcharakteristik aufweisen. Dies trifft natürlich auch auf das erste Ausführungsbeispiel zu.According to one Variant, if on the temperature dependence can be dispensed with, even metal strips of other materials used, which have no bimetallic characteristic. This of course also to the first embodiment to.

1, 101 1, 101
DifferenzdruckventilDifferential pressure valve
2, 1022, 102
Drosselstelle restriction
3 3
Drosselelementthrottle element
44
Kanalchannel
5a 5a
festes Ende solid The End
5b5b
freies Endefree The End
6 6
Blechstreifen metal strip
103103
Ventilstiftvalve pin
104 104
Kopf head
105105
Federfeather
HD HD
Hochdruckseite High pressure side
SDSD
Saugdruckseitesuction pressure side

Claims (10)

Differenzdruckventil, insbesondere für ein Expansionsorgan einer Kraftfahrzeugklimaanlage, zur Regelung eines Durchflusses eines Fluids in Abhängigkeit einer Druckdifferenz, die zwischen der Hochdruckseite (HD) und der Saugdruckseite (SD) des Differenzdruckventils (1) anliegt, wobei das Difterenzdruckventil (1) ein Drosselelement (3), das den Durchfluss durch eine Drosselstelle (2) regelt, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement (3) durch mindestens einen Materialstreifen (6) gebildet ist, der in einem Kanal (4) angeordnet ist.Differential pressure valve, in particular for an expansion element of an automotive air conditioning system, for regulating a flow rate of a fluid as a function of a pressure difference between the high pressure side (HD) and the suction pressure side (SD) of the differential pressure valve ( 1 ), wherein the differential pressure valve ( 1 ) a throttle element ( 3 ), the flow through a throttle point ( 2 ), characterized in that the throttle element ( 3 ) by at least one strip of material ( 6 ) formed in a channel ( 4 ) is arranged. Differenzdruckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialstreifen (6) zumindest teilweise aus einem Metallblech und/oder einem Bimetall besteht.Differential pressure valve according to claim 1, characterized in that the material strip ( 6 ) consists at least partially of a metal sheet and / or a bimetal. Differenzdruckventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialstreifen (6) mit seinem einen Ende (5a) fest an einer Kanalwand angebracht ist.Differential pressure valve according to claim 1 or 2, characterized in that the material strip ( 6 ) with its one end ( 5a ) is fixedly attached to a channel wall. Differenzdruckventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (4) zumindest im Bereich, in welchem der Materialstreifen (6) angeordnet ist, einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist.Differential pressure valve according to one of the preceding claims, characterized in that the channel ( 4 ) at least in the area in which the strip of material ( 6 ) is arranged, has a rectangular cross-section. Differenzdruckventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Materialstreifen (6) vorgesehen sind, die an gegenüberliegenden Kanalwänden angebracht sind, wobei sie im geschlossen Zustand mit ihren freien Enden (5b) aneinander anliegen.Differential pressure valve according to one of the preceding claims, characterized in that two strips of material ( 6 ) are provided, which are mounted on opposite channel walls, wherein they are in the closed state with their free ends ( 5b ) abut each other. Differenzdruckventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende (5b) im geschlossen Zustand des Differenzdruckventils (1) unter Vorspannung an der gegenüberliegenden Kanalwand oder an einem entsprechenden freien Ende (5b) eines zweiten Materialstreifens (6) anliegt.Differential pressure valve according to one of the preceding claims, characterized in that the free end ( 5b ) in the closed state of the differential pressure valve ( 1 ) under bias on the opposite channel wall or at a corresponding free end ( 5b ) of a second strip of material ( 6 ) is present. Differenzdruckventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende (5b) des Materialstreifens (6) in Richtung Saugdruckseite (SD) ragt.Differential pressure valve according to one of the preceding claims, characterized in that the free end ( 5b ) of the material strip ( 6 ) in the direction of the suction pressure side (SD) protrudes. Differenzdruckventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible gesamte Materialstreifenlänge mindestens zweimal so groß wie die Kanalbreite ist.Differential pressure valve according to one of the preceding Claims, characterized in that the flexible entire material strip length at least twice as big as the channel width is. Differenzdruckventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der effektive Drosselquerschnitt bei großen Druckdifferenzen überproportional größer als bei kleinen Druckdifferenzen ist.Differential pressure valve according to one of the preceding Claims, characterized in that the effective throttle cross-section at huge Pressure differences disproportionately greater than is at small pressure differences. Verwendung eines Differenzdruckventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Expansionsorgan einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage.Use of a differential pressure valve after one of the preceding claims as an organ of expansion of a motor vehicle air conditioner.
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