DE102006057131B3 - Thermo-static expansion valve for controlling high pressure of transcritically and/or subcritically operable cooling and heating pump circuit, has control member controllable independent of pressure whose movement is coupled with area - Google Patents

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Abstract

The valve (15) has a control member (46) thermally controllable, which is independent of high pressure. The positioning movement of the control member is movement-coupled with an effective area (37) of another control member (36), if a temperature-dependent positioning movement of the thermally controllable control member acts against the positioning movement of the effective area. A temperature usage value of the thermally controllable control member for the positioning movement is adjusted to a value as the maximum operation temperature of a control filling (41) of the control member.

Description

Die Erfindung betrifft ein thermostatisches Expansionsventil für einen Kälte- bzw. Wärmepumpenkreislauf gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a thermostatic expansion valve for a Cold- or heat pump cycle according to the generic term of claim 1.

Bei transkritischen Kälte- beziehungsweise Wärmepumpenkreisläufen erfolgt die hochdruckseitige Wärmeabgabe meist oberhalb des kritischen Drucks des angewandten Kältemittels. Aufgrund des sich hierbei ergebenden gleitenden Temperaturgradienten im Gaskühler ist der Druck am Gaskühleraustritt ein Freiheitsgrad im Kreislaufprozess. Speziell bei Kreisprozessen, die CO2 als Kältemittel verwenden, ist es von großer Bedeutung, den Hochdruck in Abhängigkeit der Umgebungs- beziehungsweise Gaskühleraustrittstemperatur in einem wirkungsgradoptimalen Bereich einzuregeln. Bei CO2-Klimaanlagen finden meistens nur Festdrosseln oder fremdgesteuerte Expansionsorgane in der Regelung des Kältekreislaufes Verwendung. Erstere ermöglichen im laufenden Betrieb keine Anpassung des Hochdrucks an die Prozessrandbedingungen.In transcritical refrigeration or heat pump cycles, the high-pressure side heat release is usually above the critical pressure of the applied refrigerant. Due to the resulting sliding temperature gradient in the gas cooler, the pressure at the gas cooler outlet is a degree of freedom in the circulation process. Especially in cycles that use CO 2 as a refrigerant, it is very important to regulate the high pressure as a function of the ambient or gas cooler outlet temperature in an optimal efficiency range. In CO 2 air conditioners mostly only fixed throttles or externally controlled expansion elements are used in the regulation of the refrigeration cycle. The former do not allow adaptation of the high pressure to the process boundary conditions during operation.

Fremdgesteuerte Expansionsorgane müssen hierfür durch elektronische Steuerelemente geregelt werden, deren Reaktionsfähigkeit insbesondere für die automobile Anwendung nicht ausreichend ist. Dementsprechend können sie keine genügende Betriebssicherheit bieten. Weitere Nachteile sind durch hohe Störanfälligkeit, hohe Entwicklungs- und Anschaffungskosten gegeben.Externally controlled Must have expansion organs therefor be controlled by electronic controls whose responsiveness especially for the automotive application is insufficient. Accordingly can they do not have sufficient operating safety Offer. Other disadvantages are high susceptibility to failure, high development and cost.

Die DE 102 49 950 B4 offenbart ein Expansionsventil für Hochdruckkälteanlagen mit einem Ventilsitz und einem Ventilelement, das mit dem Ventilsitz zusammenwirkt, sowie eine Federanordnung, die auf das Ventilelement wirkt, und einer Versteileinrichtung für die Federanordnung, wobei die Federanordnung mindestens eine erste Feder und eine zweite Feder, die auf das Ventilelement wirken, aufweist. Die erste Feder definiert einen Arbeitsbereich und die zweite Feder weist eine durch die Versteileinrichtung veränderbarer Federkraft auf.The DE 102 49 950 B4 discloses an expansion valve for high-pressure refrigeration systems with a valve seat and a valve element which cooperates with the valve seat, and a spring arrangement which acts on the valve element, and an adjusting device for the spring arrangement, wherein the spring arrangement at least a first spring and a second spring, which on the Valve element act, has. The first spring defines a working area and the second spring has a spring force variable by the adjusting device.

Aus der US 6,012,300 ist ein Expansionsventil bekannt geworden, welches eine Kammer aufweist, in der Kältemittel eingeschlossen ist. Die Kammer ist durch eine Membran begrenzt, die mittelbar auf ein Ventilelement wirkt. Die Membran ist jedoch auch dem hochdruckseitigen Kältemittel ausgesetzt. Insbesondere sind die Wirkflächen, auf die das in der Kammer eingeschlossene Kältemittel wirkt und die weitere Wirkfläche, auf die das vom Gaskühler kommende hochdruckseitige Kältemittel wirkt, identisch. Mit dem beschriebenen Expansionsventil ist keine Absicherung gegen Hochdrücke oberhalb eines max. zulässigen Wertes (zum Beispiel 120 bar) möglich. Außerdem ist ein sicheres Anfahrverhalten bei Eintrittstemperaturen am Expansionsventil oberhalb der kritischen Temperatur des Kältemittels nicht möglich. Eine betriebssichere Anwendung kann mit diesem Expansionsventil daher nicht realisiert werden.From the US 6,012,300 An expansion valve has become known which has a chamber in which refrigerant is trapped. The chamber is bounded by a membrane which acts indirectly on a valve element. However, the membrane is also exposed to the high-pressure side refrigerant. In particular, the active surfaces to which the refrigerant trapped in the chamber acts and the other effective surface to which the high-pressure side refrigerant coming from the gas cooler acts are identical. With the described expansion valve is no protection against high pressures above a max. permissible value (for example 120 bar) is possible. In addition, a safe starting behavior at inlet temperatures at the expansion valve above the critical temperature of the refrigerant is not possible. A reliable application can therefore not be realized with this expansion valve.

Aus der DE 10 2005 03 47 09.6 ist ein thermisches Expansionsventil bekannt, welches eine erste und zweite Wirkfläche aufweist, die mit einem Ventilelement bewegungsgekoppelt sind. Die erste Wirkfläche ist Teil einer dehnbaren Trennvorrichtung, welche eine Kammer mit einer Steu erfüllung im Thermokopf umfasst. Dadurch kann die Temperatur des hochdruckseitigen Kältemittels sensiert werden. Über diese dehnbare Trennvorrichtung des Thermokopfes wird der temperaturabhängige Druck der Steuerfüllung in der Kammer auf ein temperaturunabhängiges Federelement übertragen, das mit der zweiten Wirkfläche in Verbindung steht, an dem auch der Hochdruck anliegt. Durch diese Ausgestaltung soll eine hochdruckbegrenzende Funktion im überkritischen Regelbereich erzielt werden.From the DE 10 2005 03 47 09.6 For example, a thermal expansion valve is known, which has a first and second active surface, which are coupled to a valve element for movement. The first active surface is part of a stretchable separation device, which comprises a chamber with a STEU fulfillment in the thermal head. As a result, the temperature of the high-pressure side refrigerant can be sensed. About this stretchable separating device of the thermal head of the temperature-dependent pressure of the control filling in the chamber is transferred to a temperature-independent spring element, which is in communication with the second effective surface, which also bears the high pressure. This refinement is intended to achieve a high-pressure-limiting function in the supercritical control range.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Expansionsventil weiterzuentwickeln, das den Hochdruck eines transkritischen als auch unterkritisch betreibbaren Kälte- beziehungsweise Wärmepumpenkreislaufes innerhalb eines optimalen Bereiches einregeln und ein Überschreiten eines maximal zulässigen Wertes selbständig verhindern kann.task Therefore, the present invention is an expansion valve to further develop the hypertension of a transcritical than also subcritically operable refrigeration or heat pump cycle Adjust within an optimal range and an exceeding a maximum allowable Value independently can prevent.

Diese Aufgabe wird durch ein Expansionsventil gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch den Einsatz eines thermisch steuerbaren Stellgliedes, dessen Stellbewegung mit einer ersten Wirkfläche eines ersten Stellgliedes nur dann bewegungsgekoppelt ist, wenn eine temperaturabhängige Stellbewegung des zweiten, also des thermisch steuerbaren Stellgliedes gegen die Stellbewegung der ersten Wirkfläche des ersten Stellgliedes wirkt, ist ermöglicht, dass eine Druckbegrenzungsfunktion beziehungsweise eine Sicherheitsfunktion gegen zu hohe Betriebsdrücke gegeben ist, die keiner externen Ansteuerung bedarf.These The object is achieved by an expansion valve according to the features of the claim 1 solved. Through the use of a thermally controllable actuator whose Actuating movement with a first effective area of a first actuator is only motion coupled, if a temperature-dependent actuating movement the second, so the thermally controllable actuator against the Actuating movement of the first effective surface the first actuator acts, is that a pressure limiting function or given a safety function against excessive operating pressures is that does not require external control.

Dabei wird ein Temperatureinsatzwert des thermisch ansteuerbaren Stellgliedes für eine Stellbewegung gewählt, welche einem Temperaturwert des MOT der Steuerfüllung entspricht. Der Temperatureinsatzwert ist die Temperatur, bei der das thermisch steuerbare Stellglied eine Stell- oder Hubbewegung erzeugt. Die Arbeitskennlinie des thermisch gesteuerten Stellgliedes weist den gleichen Gradienten wie die Arbeitskennlinen der Steuerfüllung im überhitzten Dampfzustand auf, aber in entgegengesetzter Richtung. Dadurch wird die Sicherheitsfunktion erzielt. Des Weiteren wird eine absolute Druckbegrenzung, also die Erzielung der MOP-Funktion (maximum operation pressure), auf allen Temperaturniveaus ermöglicht. Während das erste Stellglied mit seiner ersten Wirkfläche vorzugsweise von einem hochdruckseitigen, vom inneren Wärmetauscher kommenden Kältemittel druckbeaufschlagt wird und dessen Temperatur aufnimmt, ist das Arbeitsverhalten des thermisch ansteuerbaren Stellglieds vom Kältemitteldruck unabhängig.In this case, a temperature input value of the thermally actuable actuator is selected for an actuating movement, which corresponds to a temperature value of the MOT of the control charge. The temperature usage value is the temperature at which the thermally controllable actuator generates an actuating or lifting movement. The operating characteristic of the thermally controlled actuator has the same gradient as the operating characteristics of the control charge in the superheated steam state, but in the opposite direction. This achieves the safety function. Furthermore, an absolute pressure limitation, ie the achievement of the MOP function (maximum operation pressure), is made possible at all temperature levels. While the first actuator with its first effective area preferably of a high-pressure side, coming from the inner heat exchanger refrigerant is pressurized and absorbs its temperature, the working behavior of the thermally actuable actuator is independent of the refrigerant pressure.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen dem ersten Stellglied und dem zweiten, thermisch steuerbaren Stellglied eine lösbare mechanische Koppelung vorgesehen ist und das zweite Stellglied an einer ersten Wirkfläche des ersten Stellgliedes oder an einem mit dem ersten Stellglied in Verbindung stehenden Ventilelement angreift. Diese mechanische Koppelung, die ab einem vorbestimmbaren Temperaturwert auftritt, ermöglicht, dass im normalen Betrieb bei einem üblichen Temperatureinsatzbereich das erste Stellglied unabhängig von dem thermisch steuerbaren Stellglied arbeitet und das erste Steuerglied mit dem Ventilelement nur dann bewegungsgekoppelt ist, wenn ein weiterer Temperaturanstieg erfolgt, der den Einsatz der Sicherheitsfunktion erfordert.To a further advantageous embodiment of the invention is provided that between the first actuator and the second, thermally controllable Actuator a detachable mechanical coupling is provided and the second actuator a first effective area the first actuator or at one with the first actuator engaged valve element attacks. This mechanical Coupling, which occurs from a predeterminable temperature value, allows that in normal operation at a common temperature range the first actuator independent of the thermally actuatable actuator operates and the first Control member is only motion coupled to the valve element, when a further increase in temperature occurs, the use of the Safety function required.

Die Steuerfüllung des ersten Stellgliedes ist bevorzugt in einer Kammer vorgesehen, die membran- oder faltenbalgähnlich ausgebildet ist und die Temperatur des hochdruckseitigen Kältemittels aufnimmt. An der Wirkfläche des ersten Stellgliedes liegt der temperaturabhängige Druck der Steuerfüllung in der Kammer des Stellgliedes an als auch der Hochdruck. Aus der sich hieraus resultierenden Druckdifferenz ergibt sich eine Verstellkraft, die das Ventilelement in Bewegung setzt und in Abhängigkeit der Drosseleigenschaften des dazugehörigen Ventilsitzes einen bestimmten Strömungsquerschnitt freigibt.The control charge the first actuator is preferably provided in a chamber, the membrane or bellows-like is formed and the temperature of the high-pressure side refrigerant receives. At the effective surface the first actuator is the temperature-dependent pressure of the control filling in the Chamber of the actuator and the high pressure. Out of himself resulting pressure difference results in an adjusting force, which sets the valve element in motion and in dependence the throttle properties of the associated valve seat a specific Flow area releases.

Bevorzugt kann noch ein zusätzliches, insbesondere vorgespanntes Federelement vorgesehen sein, das die Wirkung gegen den Hochdruck verstärkt. Dies hat zu Folge, dass eine Öffnungsbewegung des Ventilelementes dann erfolgt, wenn der temperaturunabhängige, an der Wirkfläche vom Hochdruck der Kältemittelanlage erzeugte Kraftüberschuss ausreicht, um die Vorspannung des insbesondere vorgespannten Federelementes und die Kraftwirkung der Kammer zu überwinden, wodurch ein Durchgang zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilelement freigegeben beziehungsweise der Querschnitt der Durchgangsöffnung vergrößert wird.Prefers can be an additional, be provided in particular biased spring element, the Increased effect against the high pressure. This has the consequence that an opening movement the valve element then takes place when the temperature independent, on the effective area from the high pressure of the refrigerant system generated excess power sufficient to the bias of the particular preloaded spring element and overcome the force of the chamber, creating a passage released between the valve seat and the valve element, respectively the cross section of the passage opening is enlarged.

Die Steuerfüllung der Kammer des ersten Stellgliedes weist bevorzugt eine Fülldichte auf, die unterhalb ihrer kritischen Dichte liegt. Bevorzugt ist des Weiteren vorgesehen, dass darüber hinaus ein Stoffgemisch für die Steuerfüllung gewählt wird, welches eine kritische Temperatur besitzt, die oberhalb der kritischen Temperatur des zu regelnden Kältemittels liegt. Dadurch weist die Steuerfüllung in den meisten Temperatureinsatzbereichen einen zweiphasigen Zustand mit hohem Dampfanteil auf. Erst wenn die von der Steuerfüllung aufgenommene Energie ausreicht, um die in Abhängigkeit der herrschenden Fülldichte vorhandene Flüssigphase vollständig zu verdampfen, geht die Steuerfüllung in den überhitzten Dampfzustand über. Unter diesen Umständen entwickelt sich ein Steuerdruck bei einem weiteren Temperaturanstieg nur noch mit einem niedrigeren Gradienten als im vorherigen zweiphasigen Zustand der Steuerfüllung weiter, der nicht gleich Null ist. Den Temperaturwert, ab dem dieser physikalische Effekt auftritt, bezeichnet man als MOT (Maximum Operating Temperature). Den dazugehörigen Druckwert für die Steuerfüllung bezeichnet man als MOP (Maximum Operation Pressure). Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die temperaturabhängige Kraft des thermisch ansteuerbaren und hochdruckunabhängigen Stellgliedes der Steigung der Steuerfüllung des ersten Stellgliedes im überhitzten Zustand entspricht. Bei einem weiteren Temperaturanstieg im überhitzten Dampfzustand steigt der Druck mit nur einem deutlich niederen Gradienten als im vorherigen zweiphasigen Zustand an. Aufgrund der Anpassung des thermisch ansteuerbaren Stellgliedes an diesen Gradienten wird die Sicherheitsfunktion erzielt, indem das thermisch ansteuerbare und hochdruckunabhängige Stellglied in entgegensetzter Richtung mit dem gleichen Gradienten wirkt, so dass ein maximaler Betriebsdruck einstellbar ist, der wunschgemäß einem horizontalen Druckverlauf auf einem MOP-Niveau entspricht.The control charge the chamber of the first actuator preferably has a filling density which is below its critical density. Preferred is the Further provided that about it addition, a mixture for the tax filling chosen which has a critical temperature which is above the critical temperature of the refrigerant to be controlled. This shows the tax filling a two-phase condition in most temperature ranges with high vapor content. Only when the of the tax filling absorbed Energy is enough to depend on the prevailing filling density existing liquid phase Completely to evaporate, goes the tax filling in the overheated Steam condition over. Developed under these circumstances a control pressure at a further temperature rise only with a lower gradient than in the previous two-phase State of taxation next, which is not equal to zero. The temperature value from which this physical effect occurs, referred to as MOT (Maximum Operating Temperature). The associated Pressure value for the control charge is called MOP (Maximum Operation Pressure). Furthermore is preferably provided that the temperature-dependent force of the thermally controlled and high pressure independent Actuator of the slope of the control filling of the first actuator in the overheated State corresponds. At a further temperature rise in the overheated Steam state, the pressure rises with only a significantly lower gradient as in the previous two-phase state. Due to the adaptation of the thermally controlled actuator to these gradients is the Safety function achieved by the thermally controlled and High pressure independent Actuator in the opposite direction with the same gradient acts, so that a maximum operating pressure is adjustable, the as desired horizontal pressure response at a MOP level.

Der vorgenannte Temperaturwert beziehungsweise Temperatureinsatzwert wird bevorzugt durch die konstruktive Ausgestaltung des thermisch ansteuerbaren Stellgliedes bestimmt. Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung eines thermisch ansteuerbaren Stellgliedes ist vorgesehen, dass aufeinander gestapelte Bi-Metall-Elemente, insbesondere Bi-Metall-Scheiben, vorgesehen sind. Diese aufeinander gestapelten Bi-Metall-Scheiben sind beispielsweise balgförmig angeordnet. In Abhängigkeit von deren Voreinstellung führen diese Bi-Metall-Elemente erst ab einer bestimmten Temperatur eine Stellbewegung aus.Of the the aforesaid temperature value or temperature application value is preferred by the structural design of the thermally drivable Actuator determined. According to a first advantageous embodiment a thermally actuable actuator is provided that stacked bi-metal elements, in particular bi-metal discs, are provided. These stacked bi-metal discs are for example, bellows-shaped arranged. Dependent on lead from their default These bi-metal elements only from a certain temperature one Actuating movement.

Eine zweite alternative Ausführungsform zur Ausbildung eines thermisch ansteuerbaren Stellgliedes sieht vor, dass eine Membran, ein Faltenbalg oder ein Federelement, insbesondere eine Spiralfeder oder ein Spiralbalg aus einer Formgedächtnislegierung hergestellt ist. Dadurch kann wiederum eine temperaturabhängige Ansteuerung ermöglicht sein.A second alternative embodiment sees to the formation of a thermally actuable actuator in that a diaphragm, a bellows or a spring element, in particular a spiral spring or a spiral bellows made of a shape memory alloy is made. This in turn can be a temperature-dependent control allows be.

Eine weitere alternative Ausgestaltung des Stellgliedes ist durch ein gefülltes, faltenbalgähnliches Federelement gegeben, welches vorzugsweise mit einem Medium gefüllt ist, das oberhalb seines Dampfdruckes beziehungsweise unterhalb seiner Sättigungstemperatur im Arbeitsbereich im flüssigen Aggregatzustand existiert.A further alternative embodiment of the actuator is given by a filled, bellows-like spring element, which is preferably filled with a medium above its vapor pressure or below its saturation temperature in the working area in the liquid Physical state exists.

Geeignete Füllmedien sind zum Beispiel Öle oder allgemein Kohlenwasserstoffe mit hohem Siedepunkt. Diese Temperatur-Weggeberelemente sind vorzugsweise hermetisch dicht gefügte Membran-, Wellrohr-, Faltenbalgelemente oder auch Zylinder-Kolbenausführungen, die durch thermische Dehnung ihrer Flüssigkeitsfüllung hohe Stellkräfte bewirken. Diese Elemente können so ausgelegt werden, dass ihre Hub-Temperatur-Kennlinie erst ab einer bestimmten Temperatur beginnt.suitable filling media are for example oils or generally hydrocarbons with a high boiling point. These temperature-Weggeberelemente are preferably hermetically sealed membrane, corrugated tube, Faltenbalgelemente or also cylinder piston designs, causing high thermal forces due to thermal expansion of their liquid filling. These elements can be designed so that their stroke-temperature characteristic only from a certain Temperature begins.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die thermisch ansteuerbaren Stellglieder eine druckunabhängige Vorrichtung aufweisen, um diese vorzuspannen. Dadurch wird ermöglicht, dass der Temperaturwert, bei dem die thermische Sicherheitsfunktion des Ventils einsetzt, justierbar ist. Bevorzugt ist eine solche Vorrichtung manuell von außen justierbar. Alternativ kann auch eine elektronische bzw. motorische Ansteuerung vorgesehen sein.Prefers is provided that the thermally actuable actuators a pressure independent Have device to bias this. This will allow that the temperature value at which the thermal safety function of the valve is adjustable. Preferred is such Device manually from the outside adjustable. Alternatively, an electronic or motorized control be provided.

Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Kammer des ersten Stellgliedes, insbesondere eine innere Kontur der Kammer, durch eine Hülse oder Stege geführt wird. Dadurch ist ermöglicht, dass Verformungen durch die Wirkung der Steuerfüllung verhindert werden.Of Furthermore, it is preferably provided that the chamber of the first actuator, in particular an inner contour of the chamber, through a sleeve or Footbridges led becomes. This allows that Deformations are prevented by the effect of tax filling.

In einer Ruhestellung des Ventilelementes des thermostatischen Expansionsventils ist bevorzugt vorgesehen, dass eine Mindestdurchlassöffnung freigegeben ist. Dies bedeutet, dass wenn der temperatur- und druckabhängige Kraftüberschuss an der Unterseite des thermisch angesteuerten Stellgliedes nicht ausreicht, um seine Vorspannung zu überwinden, nur ein zweckmäßig vordefinierter Drosselquerschnitt freigegeben wird und das thermostatische Expansionsventil als Festdrossel fungiert, wodurch sich der Hochdruck im Kreislauf selbst einstellt.In a rest position of the valve element of the thermostatic expansion valve is preferably provided that a minimum passage opening released is. This means that if the temperature and pressure dependent excess force not at the bottom of the thermally actuated actuator sufficient to overcome its bias, just a purposefully predefined Throttle cross section is released and the thermostatic expansion valve acts as a fixed throttle, causing the high pressure in the circuit self-adjusting.

In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt somit ein transkritischer oder unterkritischer Kälte- beziehungsweise Wärmepumpenkreislauf mit einem inneren Wärmetauscher, der ein thermostatisches Expansionsventil mit einer selbständig einstellbaren Überströmungsfunktion beziehungsweise Sicherheitsfunktion ermöglicht, ohne dass beispielsweise eine zusätzliche Leitungsverlegung am Verdampfeintritt erfolgen muss. Gleichzeitig kann die thermostatische Regelmöglichkeit des COP-optimalen Hochdrucks erhalten bleiben.In the scope of the present invention thus falls a transcritical or subcritical cold or heat pump cycle with an internal heat exchanger, a thermostatic expansion valve with a self-adjustable overflow function or safety function allows without, for example an additional Cable routing must occur at the evaporation inlet. simultaneously can the thermostatic control option of the COP-optimal High pressure is maintained.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:The Invention and further advantageous embodiments and further developments The same will be described below with reference to the drawings Examples closer described and explained. The features to be taken from the description and the drawings can individually for applied to one or more in any combination according to the invention become. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Kältemittelkreislaufs, 1 a schematic representation of a refrigerant circuit,

2 ein Zustandsdiagramm zur Veranschaulichung der Funktion eines Kältemittelkreislaufs mit dem eingangs genannten thermostatischen Expansionsventil, 2 a state diagram for illustrating the function of a refrigerant circuit with the aforementioned thermostatic expansion valve,

3 eine erste Ausführungsform eines thermostatischen Expansionsventils, 3 A first embodiment of a thermostatic expansion valve,

4a, b eine schematische Darstellung einer Steuerfüllungskennlinie und der Wirkung des thermisch ansteuerbaren Stellgliedes auf die Ventilöffnungskennlinie, 4a , b is a schematic representation of a control filling characteristic and the effect of the thermally actuable actuator on the valve opening characteristic,

5 ein Zustandsdiagramm von Ventilhubkennlinien bei verschiedenen Betriebsdrücken, 5 a state diagram of valve lift characteristics at different operating pressures,

6 eine zweite Ausführungsform eines thermostatischen Expansionsventils und 6 a second embodiment of a thermostatic expansion valve and

7 eine dritte Ausführungsform eines thermostatischen Expansionsventils. 7 a third embodiment of a thermostatic expansion valve.

1 zeigt einen Kälte- und/oder Wärmepumpenkreislauf 11 einer Klimaanlage. In einem Kältemittelverdichter 12 wird ein gasförmiges Kältemittel, insbesondere CO2, komprimiert. Das komprimierte Kältemittel wird einem Gaskühler 13 zugeführt, wo ein Wärmeaustausch zwischen dem komprimierten Kältemittel und der Umgebung stattfindet, um das Kältemittel zu kühlen. Das den Gaskühler 13 verlassende Kältemittel gelangt an einen inneren Wärmetauscher 14, der mit einem Expansionsventil 15 in Verbindung steht. Das Expansionsventil 15 wirkt zum einen dahingehend, den Druck des Kältemittels zu begrenzen und zum anderen, um den Druck des Kältemittels am Ausgang des inneren Wärmetauschers 14 zu regeln. Vom Expansionsventil 15 gelangt das Kältemittel an einen Verdampfer 16. Im Verdampfer 16 nimmt das Kältemittel Wärme aus der Umgebung auf. Dem Verdampfer 16 nachgeordnet ist ein Akkumulator 17, um Kältemittel der Gasphase und der flüssigen Phase zu trennen und gleichzeitig flüssiges CO2 zu sammeln. Der Akkumulator 17 steht wiederum mit dem inneren Wärmetauscher 14 in Verbindung. 1 shows a refrigeration and / or heat pump cycle 11 an air conditioner. In a refrigerant compressor 12 is a gaseous refrigerant, in particular CO 2 , compressed. The compressed refrigerant becomes a gas cooler 13 supplied, where a heat exchange between the compressed refrigerant and the environment takes place in order to cool the refrigerant. The gas cooler 13 leaving refrigerant reaches an internal heat exchanger 14 that with an expansion valve 15 communicates. The expansion valve 15 acts on the one hand to limit the pressure of the refrigerant and on the other to the pressure of the refrigerant at the outlet of the inner heat exchanger 14 to regulate. From the expansion valve 15 the refrigerant reaches an evaporator 16 , In the evaporator 16 the refrigerant absorbs heat from the environment. The evaporator 16 downstream is an accumulator 17 to separate gas phase and liquid phase refrigerant while collecting liquid CO 2 . The accumulator 17 again stands with the inner heat exchanger 14 in connection.

Anhand des Zustandsdiagramms der 2, wo der Druck p über der spezifischen Enthalpie H aufgetragen ist, soll nun die Funktionsweise der Klimaanlage erläutert werden. Ein Kältemittel, zum Beispiel CO2, in der Gasphase wird im Kältemittelverdichter 12 verdichtet (A-B). Dann wird das heiße, unter einem hohen Druck stehende, transkritische Kältemittel im Gaskühler 13 und im inneren Wärmetauscher 14 gekühlt (B-C beziehungsweise C-D). Der Druck wird im Expansionsventil 15 reduziert (D-E), um das nun zweiphasige (Gas- und Flüssigkeitsphase) Kältemittel im Verdampfer 16 zu verdampfen (E-F) und der Umgebung dadurch Wärme zu entziehen. Der COP wird bestimmt durch das Verhältnis der Enthalpieänderung Δi im Schritt E-F und der Enthalpieänderung ΔL im Schritt A-B, also COP = Δi/ΔL.Based on the state diagram of 2 , Where the pressure p is plotted against the specific enthalpy H, the operation of the air conditioner will now be explained. A refrigerant, for example CO 2 , in the gas phase is in the refrigerant compressor 12 compacted (AB). Then the hot, high pressure transcritical refrigerant in the gas cooler becomes 13 and in the internal heat shear 14 cooled (BC or CD). The pressure is in the expansion valve 15 reduced (DE) to the now two-phase (gas and liquid phase) refrigerant in the evaporator 16 to vaporize (EF) and thereby deprive the environment of heat. The COP is determined by the ratio of the enthalpy change Δi in step EF and the enthalpy change ΔL in step AB, ie COP = Δi / ΔL.

Die kritische Temperatur von CO2 liegt bei etwa 31°C, was niedriger ist als die kritische Temperatur (häufig > 100°C) von Fluorkohlenwasserstoffen, die bisher in Klimaanlagen verwendet werden. Dies führt dazu, dass die Temperatur von CO2 am Ausgang des inneren Wärmetauschers 14 höher werden kann als die kritische Temperatur von CO2. In diesem Zustand kondensiert das CO2 selbst am Ausgang des inneren Wärmetauschers 14 nicht. Deshalb muss der Druck am Ausgang des inneren Wärmetauschers 14 geregelt werden. Wenn also die externe Temperatur, beispielsweise im Sommer, hoch ist, wird es notwendig, am Ausgang des inneren Wärmetauschers 14 einen hohen Druck einzustellen, um eine ausreichende Kälteleistung zu erhalten. Die Ausgangstemperatur am inneren Wärmetauscher 14 hängt unter anderem von der kältemittelseitigen Temperatur am Gaskühleraustritt ab, die wiederum von der Umgebungstemperatur abhängt. Dies bedeutet, dass die Temperatur des CO2 am Ausgang des inneren Wärmetauschers 14 auch für die Regelung des sonst von der kältemittelseitigen Gaskühleraustrittstemperatur abhängigen COP-optimierten Hochdrucks verwendet werden kann.The critical temperature of CO 2 is about 31 ° C, which is lower than the critical temperature (often> 100 ° C) of fluorocarbons that are currently used in air conditioning systems. This causes the temperature of CO 2 at the exit of the internal heat exchanger 14 can be higher than the critical temperature of CO 2 . In this state, the CO 2 condenses itself at the exit of the inner heat exchanger 14 Not. Therefore, the pressure at the outlet of the internal heat exchanger must be 14 be managed. So if the external temperature, for example in summer, is high, it becomes necessary at the exit of the internal heat exchanger 14 to set a high pressure in order to obtain a sufficient cooling capacity. The outlet temperature at the inner heat exchanger 14 depends among other things on the refrigerant side temperature at the gas cooler outlet, which in turn depends on the ambient temperature. This means that the temperature of the CO 2 at the outlet of the internal heat exchanger 14 can also be used for the regulation of the otherwise dependent on the refrigerant side gas cooler outlet temperature COP-optimized high pressure.

In dem Diagramm gemäß 2 ist durch die Kennlinien 21' und 21'' der COP-optimierte Regelbereich dargestellt. Der dazwischen liegende Doppelpfeil 22 kennzeichnet einen Ventilhubbereich von 0 bis circa 75% des Ventilhubes. Zwischen der Kennlinie 21'' und der Kennlinie 21''' ist der Überdruckregelbereich dargestellt. Durch ein weiteres Öffnen des Ventilhubes über die circa 75% hinaus kann eine Drucküberhöhung abgebaut werden. Die Kennlinie 21'''' stellt eine einstellbare Hochdruck grenze für den zu regelnden Kältemittelkreislauf 11 dar. Dieser kann variabel gestaltet werden.In the diagram according to 2 is through the characteristics 21 ' and 21 '' the COP-optimized control range is displayed. The double arrow in between 22 indicates a valve lift range from 0 to about 75% of the valve lift. Between the characteristic 21 '' and the characteristic 21 ''' the overpressure control range is shown. By further opening the valve stroke over approximately 75%, an excess pressure can be reduced. The characteristic 21 '''' provides an adjustable high pressure limit for the refrigerant circuit to be controlled 11 This can be made variable.

In 3 ist eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform eines thermostatischen Expansionsventils 15 dargestellt, welches einen Betrieb einer Kältemittelanlage gemäß einem Zustandsdiagramm in 2 ermöglicht. Das Expansionsventil 15 umfasst ein Ventilgehäuse 26, welches eine hochdruckseitige Zuführöffnung 27 aufweist, die in einen Hochdruckraum 28 führt. Der Hochdruckraum 28 ist über eine Durchlassöffnung 29 mit einer niederdruckseitigen Abführöffnung 31 verbunden. Die Durchlassöffnung 29 weist einen Ventilsitz 32 auf, in dem ein Ventilelement 33 in einer Schließposition vorgesehen ist und die Zuführöffnung 27 zur Abführöffnung 31 trennt.In 3 is a first embodiment of a thermostatic expansion valve according to the invention 15 which illustrates an operation of a refrigerant system according to a state diagram in FIG 2 allows. The expansion valve 15 includes a valve housing 26 , which is a high-pressure side feed opening 27 that is in a high pressure room 28 leads. The high pressure room 28 is via a passage opening 29 with a low-pressure discharge opening 31 connected. The passage opening 29 has a valve seat 32 in which a valve element 33 is provided in a closed position and the feed opening 27 to the discharge opening 31 separates.

Im Hochdruckraum 28 ist ein erstes Stellglied 36 vorgesehen, welches eine erste Wirkfläche 37 umfasst, an der das Ventilelement 33 vorgesehen ist. An dieser ersten Wirkfläche 37 greift eine Kammer 38 in Schließrichtung des Ventilelements 33 an, welche membran- oder faltenbalgähnlich ausgebildet ist.In the high pressure room 28 is a first actuator 36 provided, which has a first effective area 37 comprises, on which the valve element 33 is provided. At this first effective area 37 grab a chamber 38 in the closing direction of the valve element 33 which is membrane-shaped or bellows-like.

Des Weiteren ist ein Federelement 39 vorgesehen, welches beispielsweise die Kammer 38 umgibt und bevorzugt vorgespannt und in gleicher Kraftrichtung wie die Kammer 38 an der Wirkfläche 37 angreift. In Abstimmung der Größe des Ventilelementes 33 beziehungsweise der Länge dessen Schaftes oder eines im Hochdruckraumes 28 vorgesehenen Anschlagelementes ist eine Vorspannung des Federelementes 39 und/oder der Kammer 38 ermöglicht.Furthermore, a spring element 39 provided, which, for example, the chamber 38 surrounds and preferably biased and in the same direction of force as the chamber 38 at the effective surface 37 attacks. In coordination of the size of the valve element 33 or the length of the shaft or one in the high-pressure chamber 28 provided stop element is a bias of the spring element 39 and / or the chamber 38 allows.

Die Kammer 38 ist bevorzugt aus einem gut wärmeleitfähigen Material ausgebildet. In der Kammer 38 ist eine Steuerfüllung 41 vorgesehen, deren Druck in der Kammer 38 temperaturabhängig ist. Sobald auf der Hochdruckseite ein Hochdruck anliegt, wirkt dieser gegen die Wirkfläche 37 und öffnet die Durchlassöffnung 29, sofern der anliegende Hochdruck einen Kräfteüberschuss gegenüber dem vorgespannten Federelement 39 und dem Druck der Steuerfüllung 41 in der Kammer 38 aufweist. Die Öffnungs- und Schließbewegung ist im COP-optimierten Regelbereich unabhängig von einem thermisch ansteuerbaren Stellglied 46, welches ebenfalls im Hochdruckraum 28 vorgesehen ist.The chamber 38 is preferably formed of a good thermal conductivity material. In the chamber 38 is a tax filling 41 provided, the pressure in the chamber 38 is temperature dependent. As soon as a high pressure is applied to the high pressure side, it acts against the effective surface 37 and opens the passage opening 29 , provided that the applied high pressure an excess of force relative to the prestressed spring element 39 and the pressure of the tax filling 41 in the chamber 38 having. The opening and closing movement in the COP-optimized control range is independent of a thermally actuable actuator 46 , which is also in the high pressure room 28 is provided.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 greift das thermisch ansteuerbare Stellglied 46 an der ersten Wirkfläche 37 gegenüberliegend zur Kammer 38 und dem gegebenenfalls vorhandenen Federelement 39 an. Alternativ kann das Stellglied 46 auch an dem Ventilelement 33 oder zusätzlich an dem Ventilelement 33 angreifen. Das thermisch ansteuerbare Stellglied 46 ist aus Bi-Metall-Scheiben ausgebildet, die balgförmig übereinanderliegend gestapelt sind. Die Bi-Metall-Scheiben können über eine nicht näher dargestellte druck-unabhängige Vorrichtung vorgespannt werden, so dass diese eine Stellbewegung beziehungsweise eine Hubbewegung erst dann durchführen, sobald die Sicherheitsfunktion erforderlich wird. Dies ist dann der Fall, wenn die Temperatur des Kältemittels über den MOT steigt. Folglich ist die Vorspannung der Bi-Metall-Scheiben oder deren Materialauslegung auf einen solchen Temperatureinsatzwert angepasst.In the embodiment according to 3 engages the thermally actuable actuator 46 at the first effective area 37 opposite to the chamber 38 and the optionally existing spring element 39 at. Alternatively, the actuator 46 also on the valve element 33 or in addition to the valve element 33 attack. The thermally controlled actuator 46 is formed of bi-metal discs, which are stacked in a bellows-shaped superimposed. The bi-metal discs can be biased by a pressure-independent device, not shown, so that they perform an adjusting movement or a lifting movement only when the safety function is required. This is the case when the temperature of the refrigerant rises above the MOT. Consequently, the bias of the bi-metal discs or their material design is adapted to such a temperature usage value.

Bei ausreichendem Kraftüberschuss wird des Hochdruckes gegenüber der Druckkraft der Kammer 38 und des gegebenenfalls vorhandenen Federelementes 39 über eine vordefinierte Hub-Kennlinie der optimale Öffnungsquerschnitt freigegeben und somit der optimale Hochdruck (COP-optimierter Bereich) in Abhängigkeit von der hochdruckseitigen Austrittstemperatur des Kältemittels am inneren Wärmetauscher eingestellt.With sufficient excess force of the high pressure is compared to the pressure force of the chamber 38 and the possibly existing spring element 39 Released via a predefined stroke characteristic of the optimal opening cross-section and thus the optimum high pressure (COP-optimized range) depending on the high-pressure side outlet temperature of the refrigerant set on the inner heat exchanger.

Durch das erfindungsgemäße Expansionsventil 15 ist eine selbständig einstellbare Überdruck- und Sicherheitsfunktion ermöglicht, so dass der Kältemittelkreislauf mit COP-optimalem Hochdruck arbeiten kann. Aus 4a geht eine schematische Darstellung einer Kennlinie 19 für eine Steuerfüllung in einer Kammer 38 des ersten Stellgliedes 36 hervor, bei der der Druck über der Temperatur bis zum kritischen Punkt aufgetragen ist. Da die bis dahin zweiphasig vorliegende Steuerfüllung oberhalb des MOT-Wertes 20 für den Kreislauf 11 in den einphasigen, überhitzten Gaszustand übergeht, steigt der Druck der Steuerfüllung nur noch mit einem deutlich schwächeren Gradienten weiter. Die Sicherheitsfunktion kann aber nur durch einen waagerechten Druckverlauf ab dem MOT-Wert 20 erreicht werden. Dieser weitere nachteilige Anstieg wird bei einer zweckmäßigen Auslegung der vorliegenden Erfindung durch den Einsatz des thermisch ansteuerbaren Stellgliedes 46 kompensiert, dessen Kennlinie mit 46' in 4a dargestellt ist. Dadurch wird eine Ventilöffnungskennlinie 22 erzielt wird, welche in 4b dargestellt ist. Diese Ventilöffnungskennlinie 22 Diese Ventilkennlinie 22 mit dem waagerechten Druckverlauf auf MOP-Niveau führt zu einer maximalen Massenstromentwicklung, wenn sich der Hochdruck des Kreislaufs 11 darüber befindet, so dass sich eine selbst hemmende Hochdruckentwicklung ergibt, weil die in Schließrichtung des Ventilelements 33 wirkende, temperaturbedingte Druckkraft der Kammer 38 kompensiert ist. Das thermisch ansteuerbare Stellglied 46 kann auch vorzeitig auf den Öffnungsquerschnitt der Durchlassöffnung 29 wirken, so dass ein Anstieg des Hochdruckes über den MOP-Wert verhindert ist.By the expansion valve according to the invention 15 is a self-adjustable overpressure and safety feature allows, so that the refrigerant circuit can work with COP optimal high pressure. Out 4a is a schematic representation of a characteristic 19 for a tax filling in a chamber 38 of the first actuator 36 where the pressure is above the temperature up to the critical point. Since the two-phase present tax filling above the MOT value 20 for the circulation 11 In the single-phase, overheated gas state, the pressure of the tax filling increases only with a much weaker gradient on. However, the safety function can only by a horizontal pressure curve from the MOT value 20 be achieved. This further disadvantageous increase is achieved in an expedient design of the present invention by the use of the thermally actuable actuator 46 compensated whose characteristic with 46 ' in 4a is shown. This will create a valve opening characteristic 22 is achieved, which in 4b is shown. This valve opening characteristic 22 This valve characteristic 22 with the horizontal pressure curve at MOP level leads to a maximum mass flow development when the high pressure of the circuit 11 is above, so that there is a self-inhibiting high-pressure development, because in the closing direction of the valve element 33 acting, temperature-related pressure force of the chamber 38 is compensated. The thermally controlled actuator 46 can also prematurely on the opening cross-section of the passage opening 29 act, so that an increase in the high pressure on the MOP value is prevented.

Des Weiteren ist zu erwähnen, dass obwohl die kältemittelseitige Gaskühleraustrittstemperatur in Hinblick auf COP-Optimierung die bevorzugende Regeltemperatur im Kreislauf ist, die hochdruckseitige Austrittstemperatur am innerem Wärmetauscher 14 ebenfalls zum Zweck der Regelung des Hochdruckes in einem COP-optimalen Bereich angewandt werden kann. Hierfür werden entweder simulations- oder versuchstechnisch für den Kreislauf, in dem das durch diese Erfindung beschriebene thermostatische Expansionsventil 15 Verwendung findet, die zu jedem COP-optimalen Gaskühleraustrittszustand korrespondierenden Austrittszustände am innerem Wärmetauscher 14 ermittelt. Über die hochdruckseitige Austrittstemperatur am inneren Wärmetauscher 14 ergibt sich somit ein COP-optimierter Druckverlauf, auf den die optimale Ventil-Hubkennlinie 22 gemäß dem Zustandsdiagramm in 5 ausgerichtet wird, bei dem der Massenstrom über der Temperatur aufgetragen ist. Diese COP-optimale Ventil-Hubkennlinie 22 beschränkt sich auf einen im Sinne der Anwendung festzulegenden Teil des gesamten Ventilhubbereichs, zum Beispiel zwischen 0 und 75%. Dies ist in 2 durch die Kennlinien 21' und 21'' dargestellt. Der Doppelpfeil 22 zeigt den COP-optimierten Regelbereich. Über dessen obere Grenze hinaus setzt die Überströmungsfunktion ein. Wenn eine Massenstromkennlinie 23 der Drosselstelle oberhalb der oben genannten Grenze, das heißt bis zum Erreichen 100% des gesamten Ventilhubbereichs, ausreichend steil ausgelegt ist, dass so viel Massenstrom von der Hoch- in die Niederdruckseite abfließen und somit ein weiteres steigen des Hochdruck der Anlage vermieden werden kann, erreicht man die von der vorliegenden Erfindung beanspruchte Sicherheitsfunktion gegen zu hohe Systemdrücke.It should also be noted that although the refrigerant side gas cooler exit temperature is the preferred control temperature in terms of COP optimization, the high pressure side exit temperature at the inner heat exchanger 14 can also be applied for the purpose of regulating the high pressure in a COP-optimal range. For this purpose, either simulation or experimental technology for the circulation, in which the thermostatic expansion valve described by this invention 15 Use is made of the exit states at the inner heat exchanger that correspond to each COP-optimal gas cooler exit state 14 determined. About the high-pressure side outlet temperature at the inner heat exchanger 14 This results in a COP-optimized pressure curve, on the optimal valve stroke characteristic 22 in accordance with the state diagram in 5 is aligned, in which the mass flow is plotted against the temperature. This COP-optimal valve lift characteristic 22 is limited to a part of the total valve stroke range to be determined in terms of the application, for example between 0 and 75%. This is in 2 through the characteristics 21 ' and 21 '' shown. The double arrow 22 shows the COP-optimized control range. Beyond its upper limit, the overflow function starts. If a mass flow characteristic 23 the throttle point above the above limit, that is until reaching 100% of the total valve lift, is designed sufficiently steep that so much mass flow from the high to the low pressure side flow and thus a further rise in the high pressure of the system can be avoided achieved one claimed by the present invention safety function against excessive system pressures.

Durch die Anordnung eines solchen thermostatischen Expansionsventils 15 am Verdampfereingang vermeidet man komplexe Leitungssatzverlegungen wie sie zum Beispiel bei der Anwendung eines thermostatischen Expansionsventils nach Patent US 6,012,300 notwendig sind, da das dort beschriebene Ventil die kältemittelseitige Austrittstemperatur am Gaskühler aufnehmen muss – entweder durch eine lokale Anordnung am Gaskühlerastritt oder durch die Verlegung einer Kapillarleitung zwischen Ventil und Gaskühleraustritt.By the arrangement of such a thermostatic expansion valve 15 At the evaporator inlet one avoids complex piping arrangements as for example when using a thermostatic expansion valve according to patent US 6,012,300 are necessary because the valve described there must absorb the refrigerant side outlet temperature on the gas cooler - either by a local arrangement on the gas cooler or by the passage of a capillary between valve and gas cooler outlet.

In 6 ist eine alternative Ausführungsform zu 3 dargestellt. Abweichend hierzu ist das thermisch ansteuerbare Stellglied 46 als Federelement aus einer Formgedächtnislegierung hergestellt. Dieses Stellglied 46 kann derart eingestellt werden, dass die Hubbewegung erst ab einem vorbestimmten Temperatureinstiegswert erfolgt. Dabei kann zusätzlich auch die wirkende Kraft übenden Querschnitt des Federelementes bestimmt werden. Ergänzend könnte auch eine elektrische Ansteuerung dieses thermisch ansteuerbaren Stellgliedes 46 aus der Formgedächtnislegierung möglich sein. Die weiteren zu 3 beschriebenen Funktionen und Varianten gelten ebenfalls für diese Ausführungsform.In 6 is an alternative embodiment to 3 shown. Deviating from this is the thermally actuable actuator 46 made as a spring element of a shape memory alloy. This actuator 46 can be adjusted so that the lifting movement takes place only from a predetermined temperature entry value. In addition, the effective force practicing cross section of the spring element can also be determined. In addition, could also be an electrical control of this thermally drivable actuator 46 be possible from the shape memory alloy. The others too 3 described functions and variants also apply to this embodiment.

In 7 ist eine weitere alternative Ausführungsform eines thermisch ansteuerbaren Stellgliedes 46 zu 3 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist ein hydraulisch gefülltes, faltenbalgähnliches Federelement vorgesehen, welches die Überströmungsfunktion beziehungsweise Sicherheitsfunktion ermöglicht. Die Füllungen des thermisch ansteuerbaren Stellgliedes 46 umfassen beispielsweise verschiedene Öle und Kohlenwasserstoffe.In 7 is another alternative embodiment of a thermally actuable actuator 46 to 3 shown. In this embodiment, a hydraulically filled, bellows-like spring element is provided which allows the overflow function or safety function. The fillings of the thermally actuable actuator 46 include, for example, various oils and hydrocarbons.

Alle vorgenannten Merkmale sind jeweils erfindungswesentlich und können beliebig miteinander kombinierbar sein.All The aforementioned features are each essential to the invention and can be arbitrary be combined with each other.

Claims (14)

Thermostatisches Expansionsventil zur Regelung eines Hochdrucks eines sowohl transkritisch als auch unterkritisch betreibbaren Kältebeziehungsweise Wärmepumpenkreislauf (11) mit einem Ventilgehäuse (26), bei dem eingangsseitig ein Hochdruck in einer Zuführöffnung (27) und ausgangsseitig ein Niederdruck an einer Abführöffnung (31) anliegt, mit einem Ventilelement (33), welches einen Ventilsitz (32) einer Durchtrittsöffnung (29), die zwischen der Zuführöffnung (27) und der Abführöffnung (31) angeordnet ist, zum Durchströmen des Kältemittels schließt und in Öffnungsrichtung bewegt und einem ersten Stellglied (36) zugeordnet ist, wobei das erste Stellglied (36) eine mit einer ersten Wirkfläche (37) begrenzte Kammer (38) umfasst, die eine Steuerfüllung (41) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass ein vom Hochdruck unabhängiges thermisch ansteuerbares Stellglied (46) vorgesehen ist, dessen Stellbewegung mit der ersten Wirkfläche (37) des ersten Stellgliedes (36) bewegungsgekoppelt ist, wenn eine temperaturabhängige Stellbewegung des thermisch ansteuerbaren Stellgliedes (46) gegen die Stellbewegung der ersten Wirkfläche (37) des ersten Stellgliedes (36) wirkt, wobei ein Temperatureinsatzwert des thermisch ansteuerbaren Stellgliedes (46) für eine Stellbewegung auf einen gleichen Wert wie der MOT (maximum operation temperature) der Steuerfüllung (41) des ersten Stellgliedes (36) eingestellt ist, welche eine Fülldichte aufweist, die unterhalb deren kritischer Dichte liegt.Thermostatic expansion valve for regulating a high pressure of a transcritical as well as subcritically operable refrigeration or heat pump cycle ( 11 ) with a valve housing ( 26 ), in which the input side, a high pressure in a feed opening ( 27 ) and on the output side a low pressure at a discharge opening ( 31 ) is applied, with a valve element ( 33 ), which has a valve seat ( 32 ) a passage opening ( 29 ) located between the feed opening ( 27 ) and the discharge opening ( 31 ) is arranged, for flowing through the refrigerant closes and moves in the opening direction and a first actuator ( 36 ), wherein the first actuator ( 36 ) one with a first effective area ( 37 ) limited chamber ( 38 ), which contains a tax 41 ), characterized in that a thermally actuatable actuator ( 46 ) is provided whose adjusting movement with the first active surface ( 37 ) of the first actuator ( 36 ) is motion-coupled, if a temperature-dependent actuating movement of the thermally actuable actuator ( 46 ) against the adjusting movement of the first effective surface ( 37 ) of the first actuator ( 36 ), wherein a temperature application value of the thermally actuable actuator ( 46 ) for an actuating movement to the same value as the MOT (maximum operation temperature) of the control filling ( 41 ) of the first actuator ( 36 ), which has a bulk density that is below its critical density. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Stellglied (36) und dem thermisch ansteuerbaren Stellglied (46) eine lösbare mechanische Koppelung vorgesehen ist und das thermisch ansteuerbare Stellglied (46) an der ersten Wirkfläche (37) des ersten Stellgliedes (36) oder an einem mit dem ersten Stellglied (36) in Verbindung stehenden Ventilelement (33) angreift.Valve according to claim 1, characterized in that between the first actuator ( 36 ) and the thermally actuable actuator ( 46 ) a releasable mechanical coupling is provided and the thermally actuable actuator ( 46 ) at the first effective area ( 37 ) of the first actuator ( 36 ) or at one with the first actuator ( 36 ) associated valve element ( 33 ) attacks. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (38) membran- oder faltenbalgähnlich ausgebildet und wärmeleitfähig ist, um die Temperatur des hochdruckseitigen Kältemittels aufzunehmen.Valve according to claim 1, characterized in that the chamber ( 38 ) is formed membrane-like or bellows-like and thermally conductive to receive the temperature of the high-pressure side refrigerant. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kritische Temperatur der Steuerfüllung (41) des ersten Stellgliedes (36) oberhalb der kritischen Temperatur des Kältemittels liegt.Valve according to claim 1, characterized in that the critical temperature of the control filling ( 41 ) of the first actuator ( 36 ) is above the critical temperature of the refrigerant. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die temperaturabhängige Kraft des thermisch ansteuerbaren Stellgliedes (46) der Steigung der Steuerfüllung (41) des ersten Stellgliedes (36) im überhitzten Zustand entspricht.Valve according to claim 1, characterized in that the temperature-dependent force of the thermally actuable actuator ( 46 ) the slope of the tax inflow ( 41 ) of the first actuator ( 36 ) in the overheated state. Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch ansteuerbare Stellglied (46) in Form aufeinander gestapelter Bi-Metall-Elemente, insbesondere Bi- Metall-Scheiben, ausgebildet ist.Valve according to one of the preceding claims, characterized in that the thermally actuable actuator ( 46 ) in the form of stacked bi-metal elements, in particular bi-metal discs, is formed. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch ansteuerbare Stellglied (46) in Form eines aus einer Formgedächtnislegierung bestehenden Federelementes ausgebildet ist.Valve according to one of claims 1 to 6, characterized in that the thermally actuable actuator ( 46 ) is formed in the form of a shape memory alloy consisting of a spring element. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch ansteuerbare Stellglied (46) in Form eines gefüllten faltenbalgähnlichen Federelementes, insbesondere aus einem hydraulisch gefüllten faltenbalgähnlichen Federelement ausgebildet ist.Valve according to one of claims 1 to 6, characterized in that the thermally actuable actuator ( 46 ) in the form of a filled bellows-like spring element, in particular of a hydraulically filled bellows-like spring element is formed. Ventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch ansteuerbare Stellglied (46) durch eine druckunabhängige Vorrichtung vorgespannt ist.Valve according to claim 7 or 8, characterized in that the thermally actuable actuator ( 46 ) is biased by a pressure independent device. Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung des thermisch ansteuerbaren Stellgliedes (46) durch die druckunabhängige Vorrichtung auf einen Temperatureinsatzwert einstellbar ist, bei dem die thermische Sicherheitsfunktion einsetzt.Valve according to claim 9, characterized in that the bias of the thermally actuable actuator ( 46 ) is adjustable by the pressure-independent device to a temperature usage value, which uses the thermal safety function. Ventil nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die druckunabhängige Vorrichtung justierbar, insbesondere von außen justierbar ist.Valve according to claim 9 or 10, characterized that the pressure independent Device adjustable, in particular adjustable from the outside. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (38), insbesondere eine innere Kontur der Kammer (38), durch eine Hülse oder Stege geführt ist.Valve according to claim 1, characterized in that the chamber ( 38 ), in particular an inner contour of the chamber ( 38 ), is guided by a sleeve or webs. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ruhestellung des Ventilelementes (33) eine vorgegebene Mindestdurchlassöffnung (29) zwischen dem Ventilelement (33) und dem Ventilsitz (32) freigegeben ist, die von außen bei der Montage justierbar ist.Valve according to one of the preceding claims, characterized in that in a rest position of the valve element ( 33 ) a predetermined minimum passage opening ( 29 ) between the valve element ( 33 ) and the valve seat ( 32 ) is released, which is adjustable from the outside during assembly. Transkritischer oder unterkritischer Kälte- beziehungsweise Wärmepumpenkreislauf (11) mit einem inneren Wärmetauscher (14), dadurch gekennzeichnet, dass ein Expansionsventil (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche vorgesehen ist.Transcritical or subcritical refrigeration or heat pump cycle ( 11 ) with an internal heat exchanger ( 14 ), characterized in that an expansion valve ( 15 ) is provided according to one of the preceding claims.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006021327A1 (en) * 2006-05-05 2007-11-08 Otto Egelhof Gmbh & Co. Kg Control method for expansion valves in car air conditioning systems uses bellows filled with inert gas which pushes rods against spring attached to the valve stem so as to open valve when threshold pressure or temperature is exceeded
JP2012021746A (en) * 2010-07-16 2012-02-02 Fuji Electric Co Ltd Electronic expansion valve
US10302342B2 (en) 2013-03-14 2019-05-28 Rolls-Royce Corporation Charge control system for trans-critical vapor cycle systems
JP6306827B2 (en) * 2013-05-16 2018-04-04 アズビル株式会社 Rotation angle detector
KR102518659B1 (en) 2018-07-30 2023-04-06 현대자동차주식회사 Expansion valve using shape-memory alloy spring and air condition system for vehicle using the same
KR102102958B1 (en) * 2018-10-11 2020-04-21 한국과학기술원 Thermal expansion valve, and cryocooling system including the expansion valve
CN112648761A (en) * 2020-12-21 2021-04-13 上海交通大学 Throttle control element based on memory alloy

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6012300A (en) * 1997-07-18 2000-01-11 Denso Corporation Pressure control valve for refrigerating system
DE10249950B4 (en) * 2002-10-26 2004-08-12 Danfoss A/S Expansion valve for high pressure refrigeration systems
DE102005034709A1 (en) * 2005-07-26 2007-02-01 Daimlerchrysler Ag Thermostatic expansion valve for cold or heat pump cycle, has separator with active surface, and another active surface coupled with former active surface and pressurized with refrigerant, where surfaces are variably large

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4015776A (en) * 1976-01-23 1977-04-05 The Singer Company Thermostatic expansion valve
DE2749240C3 (en) * 1977-11-03 1980-09-11 Danfoss A/S, Nordborg (Daenemark) Control device for the valve of a refrigeration system
AU538000B2 (en) * 1979-04-02 1984-07-26 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Air conditioner

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6012300A (en) * 1997-07-18 2000-01-11 Denso Corporation Pressure control valve for refrigerating system
DE10249950B4 (en) * 2002-10-26 2004-08-12 Danfoss A/S Expansion valve for high pressure refrigeration systems
DE102005034709A1 (en) * 2005-07-26 2007-02-01 Daimlerchrysler Ag Thermostatic expansion valve for cold or heat pump cycle, has separator with active surface, and another active surface coupled with former active surface and pressurized with refrigerant, where surfaces are variably large

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