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Kontinuierliche Regeleinrichtung für den Flüssigkeitsstand des Kältemittels
in Wärmeaustauschapparaten Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung, die die
Aufgabe hat, bei Wärmeaustauschapparaten von Kälteanlagen, wie beispielsweise Verdampfern,
Zwischenkühlern us-,v., den Flüssigkeitsstand des Kältemittels zu regeln.
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Bekannte Regler für diesen Zweck sind direkt wirkende Schwimmerregler.
Sie haben den Mangel, daß sie wegen der geringen Verstellkräfte, insbesondere bei
großen Durchsätzen, eine zuverlässige Arbeitsweise nicht gewährleisten und schlecht
zugänglicri sind, wenn sie beispielsweise mit den Verdampfern kälteisoliert verbunden
sind.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, mit einem mit dem zu regelnden
Flüssigkeitsstand kommunizierenden, relativ kleinen Schwimrnersteuerventil ein in
der Flüssigkeitsleitung befindliches Entspannungsventil zu betätigen und als Steuermittel
Kältemitteldampf von der Druckseite der Kälteanlage zu verwenden. Hierbei kann das
Entspannungsventil an einer beliebigen Steile der Flüssigkeitsleitung eingebaut
werden. Diese indirekte Regeleinrichtung arbeitet in der Weise, daß das Entspannungsventil
sich im Wechselspiel unter der Wirkung des periodisch zugeführten Steuermittels
öffnet und schließt. Dabei bewirkt das Schwimmersteuerventil die periodische Zuführung
von Kältemitteldampf von der Druckseite der Kälteanlage zum gesteuerten Entspannungsventil,
um es zu öffnen, und die periodische Wiederabführung des Steuermittels nach der
Saugseite der Kälteanlage bzw. in das Schwimmersteuerventilgehäuse hinein, um das
Entspannungsventil wieder zu schließen.
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Nachteilig bei dieser Einrichtung sind folgende Umstände: Durch die
periodische Arbeitsweise treten Schwankungen des zu regelnden Flüssigkeitsstandes
auf, deren Maß in manchen Anwendungsfällen nicht tragbar ist.
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Wird - wie üblich - als geregeltes Entspannungsventil ein Membranregelventil
verwendet, so wird dessen Membran im periodischen Spiel mit dem auf der Druckseite
herrschenden Kondensator-druck belastet und wieder entlastet und somit der Membranwerkstoff,
die Lebensdauer mindernd, entsprechend hoch beansprucht.
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Die periodische Strömung des flüssigen Kältemittels durch das solchermaßen
geregelte Entspannungsventil ermöglicht außerdem nicht die Verwendung eines der
gebräuchlichen Mengenmeßgeräte, weiche einen. kontinuierlichen Durchfluß erfordern.
-Dieser Mangel wird besonders dort fühlbar und schließt die Verwendung :der vorbeschriebenen
Regeleinrichtung aus, wo die Menge des -durch das Drosselventil strömenden Kältemittels
als Maß der Kälteleistung gemessen werden soll. Dies ist z. B. bei Kälteanlagen
der Fall, bei welchen - von den Kondensatoren in der Kompressorzentrale entfernt
angeordnet - einzelne Verdampfer an gesonderten Kälteverbrauchsstellen stationiert
sind, deren Kälteleistung getrennt registriert werden muß.
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Um die vorstehend aufgeführten Nachteile zu vermeiden, ist die Anwendung
einer kontinuierlich wirkenden Regeleinrichtung geboten. An sich sind solche indirekt
und kontinuierlich wirkenden Regelennrichtungen bekannt, welche als Steuermittel
z. B- Druckluft oder elektrischen, Strom verwenden. In diesen Fällen muß Jedoch
das Steuermittel als Energie bereitgestellt und von der Erzeugungsstelle an die
Regelorgane herangeführt werden, Bei Anwendung elektrischer Hilfsenergie ist zudem
unter Umständen Explosionsschutz nötig, während Druckluft Absetzungen an den Drosselorganen
verursachen kann und Wartung in bezug auf Feuchtigkeitsentzug erfordert.
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Vor allem aber ist den bekannten, kontinuierlich wirkenden Regeleinrichtungen
mit den genannten Steuermitteln nachteilig, daß das Stellglied der Regeleinrichtung
(geregeltes Entspannungsventil mit elektrischem Stellmotor oder pneumatischem Membranantrieb)
eine Stopfbuchsdurchführung der Stehspindel haben muß, und zwar bei deren Übergang
aus der freien Atmosphäre in das Innere des Ventilkörpers-Bei solchen bekannten,
unter Tieftemperaturen arbeitenden, geregelten Entspannungsventilen müssen besondere
Einrichtungen - meist Heizungen - vorgesehen-werden, um das Vereisen der Spindeldurchführungen
zu verhindern. Gleichfalls erfordert die kommunizierendt Anordnung des Impulsgebers
(des Schwimmersteuerventils) mit dem das Kältemittel enthaltenden Wärmeaustauscher
eine Stopfbuchsdurchführung
- oder besondere, dieselbe umgehende
Maßnahmen zumindest bei den mit Druckluft arbeitenden Regeleinrichtungen - an der
übertragungsstelle der Flüssigkeitsstandmessung des Schwimmers an die unter der
äußeren Atmosphäre liegenden Teile des Kraftschalters bzw. der vom Schwimmer zu
verstellenden Regeldrossel.
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Eifindungsgemäß wird deshalb eine Regeleinrichtung vorgeschlagen,
welche kontinuierlich wirkt, jedoch mit den vorgenannten Nachteilen nicht behaftet
ist. Zu diesem Zweck wird- vorgeschlagen, daß einer in ihrem Arbeitsprinzip an--sich
bekannten kontinuierlichen Regeleinrichtung als. Steuermittel das Kältemittel selbst,
vorzugsweise in flüssigem Zustand, unter Kondensationsdruck in stetigem Strom zugeführt
und das Steuermittel auf der Saugseite der Kälteanlage dem Kältemittelkreislauf
in stetigem Strom wieder zurückgeführt wird. Das Steuermittel soll unter Kondensationsdruck
direkt vor dem zu regelnden, als Membranventil ausgebildeten Entspannungsventil
bzw. am Ort des Bedarfes im stetigen Strom entnommen und in einer aus Reduzierstation
entlastet arbeitenden Membranregelventil und Schwimmersteuerventil bestehenden Regeleinrichtung-
zur Wirkung gebracht werden, worauf das Steuermittel hinter der Drossel des- Steuerschwimmerverntls
in die Saugseite der Kälteanlage bzw. in deren Kreisprozeß, in welchem ein wasser-
sowie hift- und verunreinigungsfreies Kältemittel umläuft, wieder im stetigen Strom
zugeführt wird. Die Ausbildung des Stellgliedes - eines mit entlastet arbeitendem
Drosselkegel versehenen Membranregelventils-erfolgt stopfbuchslos in bezug auf Membranantrieb
und Stellungsanzeigevorrichtung. Dies wird erreicht, weil der auf die Membran wirkende
Steuerdruck nicht durch Federkraft und atmosphärischen Druck (wie z. B. bei einem
druckluftgesteuerten Membranregelventil) ausgewogen wird, sondern durch Federkraft
ünd Druck im Verdampfer. (Dieser ist praktisch identisch mit dem Druck hinter dem
Drosselkegel des Entspännungs- bzw. Membranregelventils.) Das Schwirnmersteuerventil,
dessen Drossel für das Steuermü'tel sich in einem Raum gleichen Druckes mit derri"-Schwimmer
befindet, ist ebenfalls stopfbuchslos.-Diese erfindungsgemäß ermöglichte stopfbuchslose
Bauart der Geräte bietet- gegenüber Regelorganen, welche Stopfbuchsdurchführüngen
erfordern, die Vereisungen ausgesetzt sind, einen erheblichen Vorteil durch den
Wegfall trägheitsfördernder Reibungskräfte, und die Vorteile der geschlossenen Bauart
treten bei Verwendung für rauhe Betriebe und in aggressiver Atmosphäre besonders
in Erscheinung.
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Durch den Druckminderer wird erreicht, daß die Membran des Stellgliedes
nicht mit dem vollen Druck der Druckseite der Kälteanlage belastet werden kann und
das Steuermittel unabhängig von den Schwankungen des Kondensatordruckes - die durch
Kälteleistungsänderungen oder aus anderen Gründen verursacht werden - konstant gehalten
wird.
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Der Erfindungsgegenstand ist in den Abb. 1, 2 und 3 dargelegt worden.
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Abb.1- zeigt die prinzipielle Anordnung der Schwimmerregeleinrichtun:g,
Abb. 2 das Membranregelventil im Schnitt und Abb.3 dass Schwimmersteuerventil.
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Mit dem Verdampfer 1 und dessen Flüssigkeitsabscheider 2 kommuniziert
das Sehwimmersteuerventil 3, dessen Höhenanordnung vän der zu regelnden Flüssigkeitsstandhöhe
bestimmt `wird. Das als Membranregelventil ausgebildete Entspannungsventil 4 befindet
sich in der vom Kondensator 5 kommenden Flüssigkeitsleitung 6, welche zum Verdampfer
1 führt. Aus der Flüssigkeitsleitung 6 vor dem Membranregelventil4, welche unter
Kondensationsdruck steht, erfolgt über Leitung 7 die Entnahme des Steuermittels.
Dieses wird überein Schmutzsieb.8 einem federbelasteten Druckminderer 9 zugeführt,
der einen am Manometer 10 ablesbaren, gegenüber dem Kondensatordruck reduzierten
Vordruck schafft, welcher unabhängig von den Schwankungen des Kondensatordruckesdie
durch Kälteleistungsänderungen oder aus anderen Gründen verursacht werden -konstant
gehalten wird.
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Über die Vordrosse111, welche fest einstellbar ist, strömt das Steuermittel
stetig durch eine Drossel im Schwimmersteuerventil 3, welche von dessen Schwimmer
eingestellt wird. Das flüssige Steuermittel fällt in das Schwimmergehäuse, während
dampfförmig anfallendes Steuermittel über die Leitung 13 in den Ab -scheider
2 bzw. zur Saugleitung der Kälteanlage entweicht. Das Steuerdruckmanometer 12 zeigt
den Steuerdruck an, welcher sich nach Maßgabe der im Schwimmersteuerventil3 befindlichen
Drossel selbsttätig einstellt und über die Steuerleitn.ng 14 das Membranregelventil4
beaufschlagt.
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Das stopfbuchslose Membranregelventil ist in Abb. 2 dargestellt. Der
Eintritt des Kältemittels erfolgt am Stutzen 16 über den Ringraum 17 mit dem darin
eingebauten Schmutzsieb 18 in die radialen Öffnungen 19. Der Ventilkegel- 20 ist
ein Kolbenschieber mit dem Regelkonus 21, über welchen das Kältemittel in den Raum
22 mit dem Austrittsstutzen 23 entspannt wird. Die Ausgleichskapillare 43 verbindet
die Räume 24 und 22 und bewirkt dadurch eine entlastete Arbeitsweise des Ventilkegels
20 in jeder Stellung in bezug auf axiale Differenzkräfte. Den Raum 25 unter der
Membran 26, welcher die Druckfeder 27 enthält, verbindet die Nut 28 mit dem Raum
22, welcher in der Durchströmrichtung hinter dem Ventilkegel 20 liegt und welcher
praktisch den Verdampferdruck aufweist. Der Raum 29 über der Membran 26 wird vom
Steuerdruck bzw. von der Leitung 14 beaufschlagt. Die am Membranteller 30 befestigte
Anzeigespinde131 ist durch ein Glasrohr 32 und ein Schutzglas 33 hindurch sichtbar
und zeigt die Ventilstellung an einer nicht gezeichneten Skala an.
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Am Schwimmersteuerventil Abb. 3 ist bei 34 der Eintritt des Steuermittelrs
in den Drosselsitz 35, welcher einstellbar angeordnet ist, vorgesehen. Am Drosselorgan
36 tritt das Steuermittel in das Schwimmergehäuse 37 über, welches zwei Kommunikationsstutzen
42 aufweist. Der dampfförmige Anteil deg Steuermittels wird bei 38 nach der Saugseite
der Kälteanlage abgeführt. Das Drosselorgan 36 ist von außen bewegbar durch den
Handhebel 39, welcher an der Stange 40 des Schwimmers 41 angreift.